非搶佔式優先順序

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作業系統使用非搶佔式優先順序排程演算法來選擇程序執行的順序。每個程序根據特定標準被賦予一個優先順序值，優先順序最高的程序首先執行。

在本文中，我們將討論非搶佔式優先順序，這是非常必要的優先順序處理過程，並結合一些示例，以及一些防止在非搶佔式優先順序方面出現飢餓的策略。

什麼是非搶佔式優先順序？

在非搶佔式優先順序排程中，一個程序會持續執行，直到它完成或自願進入等待狀態。排程程式不會停止高優先順序程序，以便為低優先順序程序騰出空間。這意味著低優先順序程序可能需要等待當前正在執行的高優先順序程序完成。

分配給程序的優先順序值可能取決於所需的 CPU 時間量、操作的重要性或與程序相關的截止日期。確切的優先順序分配機制可能會根據具體的實現或作業系統而有所不同。

非搶佔式優先順序排程的一個缺點是它可能導致一種稱為“飢餓”的情況。飢餓發生在低優先順序程序永遠沒有機會執行，因為系統中始終存在更高優先順序的程序正在執行。一些實現可能具有老化機制，隨著程序等待時間的推移逐漸提高其優先順序，從而透過確保所有程序最終都有機會執行來防止飢餓。

什麼是程序優先順序及其一些要素？

程序優先順序是為作業系統或排程演算法中的程序分配優先順序值的過程。分配給程序的優先順序決定了它相對於其他程序的執行順序。

以下是程序優先順序的一些關鍵要素：

優先順序分配標準 - 在確定程序的優先順序時，可能會考慮不同的標準。一些常見的標準包括：

• CPU 爆發時間 - 具有較短 CPU 爆發時間的程序可以被賦予更高的優先順序，因為它們可以更快地完成執行。

示例 - 諸如影片編輯軟體之類的即時多媒體程式會優先處理渲染或編碼相關的操作，以確保流暢的播放和即時響應。

• 截止日期要求 - 具有嚴格截止日期約束的程序可以獲得更高的優先順序處理，以確保按時完成。

  示例 - 空中交通管理中的高優先順序活動，例如碰撞檢測和解決，具有嚴格的時間限制，以確保飛機的安全。

• 重要性 - 一些程序可能由於其性質或關鍵性而被認為比其他程序更重要。某些程序可能會被賦予更高的優先順序。

  示例 - 緊急服務處理系統，例如 911 呼叫中心和救護車排程系統，被賦予最高優先順序，以便對危及生命的緊急情況做出快速響應。

• I/O 密集型與 CPU 密集型 - 根據系統的特性，大量依賴 I/O 操作的程序可能與 CPU 繫結的程序具有不同的優先順序。

  示例 - 在涉及大量計算計算的複雜模擬中，會優先處理 CPU 密集型操作，以加快結果生成速度。

優先順序級別或範圍 - 優先順序通常表示為數字或優先順序級別。優先順序級別的範圍可能會根據特定的作業系統或排程機制而有所不同。例如，一個系統可能使用 0 到 99 的值範圍，其中較高的數字表示更高的優先順序。

根據情況，優先順序可以是靜態的或動態的。

• 靜態優先順序 - 程序在執行期間被賦予一個固定的優先順序，該優先順序不會改變。

• 動態優先順序 - 程序在執行期間，優先順序可能會根據某些條件或事件而發生變化。例如，在一個基於反饋的排程機制中，如果一個程序使用了大量的 CPU 時間，則其優先順序可能會降低。

優先順序反轉 - 優先順序反轉是指當低優先順序程序持有高優先順序程序所需的資源時發生的情況。這可能會導致高優先順序程序的執行延遲。透過使用諸如優先順序繼承或優先順序上限協議之類的機制，可以防止或緩解優先順序反轉。

優先順序排程演算法 - 許多排程演算法使用程序優先順序來確定哪些程序應該首先執行。這些演算法的示例包括搶佔式優先順序排程，其中高優先順序程序可以搶佔低優先順序程序的執行，以及非搶佔式優先順序排程，其中最高優先順序程序執行到完成，然後選擇下一個程序。

與其他排程策略的互動 - 程序優先順序可以與其他排程策略（例如迴圈輪詢或先來先服務 (FCFS) 等）互動。例如，在多級反饋佇列排程機制中，程序最初可能會根據其特性被賦予優先順序，然後根據其行為動態更改這些優先順序。

如何在非搶佔式優先順序排程方面防止飢餓？

在非搶佔式優先順序排程環境下，飢餓預防策略至關重要，因為它們確保低優先順序程序不會持續延遲，併為它們提供與高優先順序程序一起執行的公平機會。

在非搶佔式優先順序排程環境下，防止飢餓的策略包括：

老化 - 隨著時間的推移逐漸提高等待程序的優先順序，確保低優先順序程序最終有機會與高優先順序程序一起執行。

優先順序提升 - 定期提高等待時間較長的程序的優先順序，使它們有機會被執行，即使它們具有較低的優先順序。

公平共享排程 - 在程序之間按比例分配系統資源，防止任何單個程序獨佔所有資源。這確保了所有程序的公平性和平等機會。

優先順序繼承協議 - 當低優先順序程序持有高優先順序程序所需的資源時，優先順序繼承協議會臨時提高低優先順序程序的優先順序。這可以防止資源死鎖，並允許高優先順序程序繼續執行。

透過實施這些預防措施，非搶佔式優先順序排程可以保持公平性、避免不必要的延遲，併為每個程序提供完成的機會。在作業系統中應用這些技術可以提高系統響應能力和整體效能。

結論

作業系統使用非搶佔式優先順序排程演算法來選擇程序執行的順序。它根據 CPU 爆發時間、截止日期要求、重要性或其他標準為程序分配優先順序級別。當一個程序被賦予最高優先順序時，它開始執行，並繼續執行直到完成或自願掛起。

非搶佔式優先順序排程可以根據程序的重要性或緊急程度對程序進行優先順序排序，這是一種快速有效的方法。它確保高優先順序程序在低優先順序程序之前執行，沒有任何中斷。但是，如果高優先順序程序持續到達，低優先順序程序可能需要無限期地等待，從而導致飢餓問題。