调度算法

1.调度的概念

进程的数量往往多于处理机的数量。从就绪队列中，按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程并发地执行。

2.进程调度方式

当某一个进程正在处理机上执行时，若有某个更为重要或紧迫的进程需要处理，即有优先权更高的进程进入就绪队列，此时应如何分配处理机。
通常有两个进程调度方式：

2.1 非剥夺调度式

让进程执行完或者发生某种事件而进入阻塞状态时，再把处理机分配给优先权更高的进程。

2.2 剥夺式调度方式

立即暂停进程，把处理机分配给优先权更高的进程。

3.调度的基本准则

3.1 CPU利用率

CPU在忙碌状态所占的时间比。其实就是你运行的程序占用的CPU资源，表示你的机器在某个时间点的运行程序的情况。使用率越高，说明你的机器在这个时间上运行了很多程序，反之较少。使用率的高低与你的CPU强弱有直接关系。现代分时多任务操作系统对 CPU 都是分时间片使用的：比如A进程占用10ms，然后B进程占用30ms，然后空闲60ms，再又是A进程占10ms，B进程占30ms，空闲60ms;如果在一段时间内都是如此，那么这段时间内的占用率为40%。

3.2 系统吞吐量

单位时间内CPU完成作业的数量。

3.3 周转时间

从作业提交到作业完成所尽力的时间

3.4 等待时间

进程处于等待处理机状态时间之和

3.5 响应时间

用户提交请求到系统首次产生响应所用的时间

4.调度算法

回答要点：

1. 调度的层次
2. 有哪些调度算法
3. 依次介绍调度算法的作用、算法思想、特点

4.1 调度的层次

一个作业从提交到完成，要经历作业调度、中级调度、进程调度。

1. 作业调度：把外存中的作业调度到内存中。
2. 中级调度：把暂时不能运行的进程，调度到外存等待，此时的进程称为挂起状态。
3. 进程调度：按照某种算法从就绪队列中选取一个进程，将处理机分配给它。

4.2 调度算法

1 先来先服务调度（FCFS）

1. 可以用于作业调度，也可以用于进程调度。
2. 对于作业调度；从后备作业队列中选择一个或几个最先进入该队列的作业，将它们调入内存，分配必要的资源，创建进程并放入就绪队列。
3. 对于进程调度；从就绪队列中选择最先进入该队列的进程，将处理机分配给它。
4. 特点：
    属于不可剥夺算法（此处介绍什么是不可剥夺、以及什么是可剥夺，非剥夺优先级调度算法：当某个进程正在处理及上运行时，即使有某个紧迫的进程进入就绪队列，仍然让正在运行的进程继续运行，直到由于其身的原因主动让出处理机（任务完成或等待事件），才把处理机分配给更为重要或紧迫的进程。剥夺式优先级调度算法：当一个进程正在处理机上运行时，若有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，则立即暂停正在运行的进程，将处理机分配给更重要或紧迫的进程。）
    算法简单，但效率低；
    对长作业比较有利，但对短作业不利；
    有利于CPU繁忙型作业，而不利于I/O繁忙型作业。

2 短作业优先调度（SJF）

1. 可以用于作业调度也可以用于进程调度。
2. 对于作业调度：从后备作业队列中选择一个或几个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存，分配必要的资源，创建进程并放入就绪队列。
3. 对于进程调度：从就绪队列中选择一个估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它。
4. 特点：
    对长作业不利；
    不能保证紧迫性作业会被及时处理；
    不一定能真正做到短作业优先调度。

3 优先级调度

1. 可以用于作业调度，也可以用于进程调度。
2. 对于作业调度：从后备作业队列中选择优先级最高的一个或几个优先级最高的作业，将它们调入内存，分配必要的资源，创建进程并放入就绪队列。
3. 对于进程调度：从就绪队列中选择优先级最高的进程，将处理机分配给它。
4. 特点：
    根据新的更高优先级的进程能否抢占正在执行的进程的处理机，可将调度算法分为：
   非剥夺式算法或剥夺式调度算法；
    根据进程创建后其优先级是否可变，可将优先级分为：
   静态优先级或动态优先级。

4 高响应比调度

1. 主要用于作业调度
2. 从后备作业队列中选择响应比最高的一个或几个优先级最高的作业，将它们调入内存，分配必要的资源，创建进程并放入就绪队列。
3. 响应比=（等待时间+要求服务时间）/（要求服务时间）
4. 特点：
    等待时间相同时，要求服务时间越短，其响应比越高，有利于短作业；
    要求服务时间相同时，等待时间越长，其响应比越高，因而它实现的是先来先服务；
    对于长作业，即要求服务时间长的作业，作业的响应比可以随等待时间的增加而提高，当其等待时间足够长时，其响应比便可升到很高，从而也可获得处理机。克服了饥饿状态，兼顾了长作业。

5 时间片轮转调度

1. 主要用于分时系统
2. 从就绪队列中，先按先来先服务原则选择一个进程，但进程只能运行一个时间片。时间片用完后就返回到就绪队列的末尾重新排队。
3. 特点：
    时间片的大小对系统性能的影响很大；
    如果时间片足够大，以至于所有进程都能在一个时间片内完成，则变为先来先服务调度算法；

6 多级反馈队列调度算法（集合了前几种算法的优点）

可以动态调整进程优先级和时间片大小；

实现思想：
 设置多个就绪队列，并为每个队列赋予不同的优先级和时间片大小；第1级队列优先级最高，第2级次之。优先级越高的队列，时间片就越小。
 一个新进程进入内存后，首先将它放入第1级队列的末尾，按先来先服务原则等待调度；当轮到该进程时，如果能在一个时间片内完成，便可准备撤离系统；如果不能完成，则放入第2级队列末尾。其他级别的队列方法相同。
 当第1级队列为空时，才调度第2级队列中的进程；其他级别的队列方法相同。
 如果处理机正在执行第i级队列中的进程时，有进程进入到1至i-1级队列中，则新进程将抢占处理机。并将正在执行的进程放入第i级队列的末尾。

优点：
终端型作业用户：短作业优先；
（对于终端型作业，通常只需经过进程调度即可获得处理机）
短批处理作业用户：周转时间较短；
（批处理作业：在作业队列中，有一堆的作业需要执行，每一个作业都完全独立于其他的作业）
长批处理作业用户：经过前面几个队列得到部分执行，不会长期得不到处理。