操作系统中进程调度算法

    调度算法是指根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。

    调度算法要达到的目标:

（1）公平性考量: 让每个进程尽量平均的占用CPU;

（2）效率考量: 尽量增大CPU的吞吐率，让CPU在所有时间基本上处于忙碌状态;

（3）响应时间考量: 让交互用户之间的响应时间达到最小;

（4）回转(TurnAround)： 让批处理用户等待输出的时间尽可能的小;

（5）吞吐率(ThroughPut): 让一段时间内CPU尽可能多的处理任务;

　　但在实际情况下基本上无法同时满足上述几个条件，所做的只能在其中寻找平衡。进程调度中常常遇到的情况是，每个进程都有不同的特点，要想调和这些进程之间的矛盾纠葛，并发挥最大的效益，就要进行管理，而在计算机世界中这个管理者就是操作系统。以下介绍几中调度算法。

    常用调度算法：

一、先来先服务和短作业（进程）优先调度算法
    1. 先来先服务调度算法。先来先服务（FCFS）调度算法是一种最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度， 也可用于进程调度。FCFS算法比较有利于长作业（进程），而不利于短作业（进程）。由此可知，本算法适合于CPU繁忙型作业， 而不利于I/O繁忙型的作业（进程）。
    2. 短作业（进程）优先调度算法。短作业（进程）优先调度算法（SJ/PF）是指对短作业或短进程优先调度的算法，该算法既可用于作业调度， 也可用于进程调度。但其对长作业不利；不能保证紧迫性作业（进程）被及时处理；作业的长短只是被估算出来的。

二、高优先权优先调度算法
    1. 优先权调度算法的类型。为了照顾紧迫性作业，使之进入系统后便获得优先处理，引入了最高优先权优先（FPF）调度算法。 此算法常被用在批处理系统中，作为作业调度算法，也作为多种操作系统中的进程调度，还可以用于实时系统中。当其用于作业调度， 将后备队列中若干个优先权最高的作业装入内存。当其用于进程调度时，把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程，此时， 又可以进一步把该算法分成以下两种：
    （1）非抢占式优先权算法
    （2）抢占式优先权调度算法（高性能计算机操作系统）

    2. 优先权类型 。对于最高优先权优先调度算法，其核心在于：它是使用静态优先权还是动态优先权，以及如何确定进程的优先权。

    3. 高响应比优先调度算法
    为了弥补短作业优先算法的不足，我们引入动态优先权，使作业的优先等级随着等待时间的增加而以速率a提高。 该优先权变化规律可描述为：优先权=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间；即 =（响应时间）/要求服务时间。

三、基于时间片的轮转调度算法
    1. 时间片轮转法。时间片轮转法一般用于进程调度，每次调度，把CPU分配队首进程，并令其执行一个时间片。 当执行的时间片用完时，由一个记时器发出一个时钟中断请求，该进程被停止，并被送往就绪队列末尾；依次循环。  

    2. 多级反馈队列调度算法。多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法，不必事先知道各种进程所需要执行的时间，它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。 其实施过程如下：
   1) 设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。在优先权越高的队列中， 为每个进程所规定的执行时间片就越小。
   2) 当一个新进程进入内存后，首先放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等候调度。 如果他能在一个时间片中完成，便可撤离；如果未完成，就转入第二队列的末尾，在同样等待调度…… 如此下去，当一个长作业（进程）从第一队列依次将到第n队列（最后队列）后，便按第n队列时间片轮转运行。
   3) 仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1到第（i-1）队列空时， 才会调度第i队列中的进程运行，并执行相应的时间片轮转。
   4) 如果处理机正在处理第i队列中某进程，又有新进程进入优先权较高的队列， 则此新队列抢占正在运行的处理机，并把正在运行的进程放在第i队列的队尾。

       前面介绍的各种用作进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，而且如果并未指明进程的长度，则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将无法使用。而多级反馈队列调度算法则不必事先知道各种进程所需的执行时间，而且还可以满足各种类型进程的需要，因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。前面介绍的各种用作进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，而且如果并未指明进程的长度，则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将无法使用。而多级反馈队列调度算法则不必事先知道各种进程所需的执行时间，而且还可以满足各种类型进程的需要，因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。

    其他调度算法：

一、 有保证的调度算法:

    在一个单用户操作系统中，有n个进程在运行，那么每个进程只能获得CPU处理能力的1/n; 

　  为了进行这个保证，系统必须记录每个进程创建开始到现在使用CPU的时间数量Th，每个进程被保证的占用CPU的时间总数T。那么Th/T就是当前进程占用其保证时间的比例，选取当前比例最小的进程执行。

 

二、 Lottery Scheduling（×××调度）：

　　原理是为系统中的进程发放×××，中奖后的奖励就是某种系统资源，比如CPU时间,当调度程序运行的时候，某张×××被随机选择为中奖，持有该×××的用户占用该种资源。某些更加重要的进程会被给予更多的×××以增加其获得调度的概率。形式化的说法是: 当一个进程占用×××总数的f(0<=f<=1)时,那么进程久获得相应比例的CPU执行时间。

　　×××调度的一个有趣的原理是： 协作进程之间可以互相赠与×××。

三、 实时调度:

　  在许多场合下，得到一个延迟的答案和得到一个错误的答案的效果是一样的，因为在这些场合中时间处于一个相当重要的位置。

    实时调度系统又分为硬实时和软实时，硬实时系统表示每个进程都必须在截止时间之前执行完毕。软实时指的是超过这个截止时间也是被容许的，这个截止时间只是一个标准，一个进程最好在这个截止时间之前完成，但没有完成也不会出现什么问题。

　　周期性实时调度系统:

    假设系统中有m个周期性的时间，那么就有m个周期性的进程来处理这m个事件，假设每个事件i的周期是Pi，CPU的处理时间是Ci，那么只有满足下面的条件时这个事件流才会被处理：

                                       Ci / Pi 总和  < 1