CPU调度算法总结

批处理系统中采用的调度算法

重要指标（吞吐量，周转时间，CPU利用率，公平平衡）

• 非抢占式的先来先服务算法（FCFS）：按照进程就绪的先后顺序使用CPU
  
  • 特点：公平，实现简单，但是长进程后面的短进程需要等待很长时间，不利于用户体验。

• 非抢占式的最短作业优先（SJF）：具有最短完成时间的进程优先执行

• 最短剩余时间优先（SRTN）：SJF抢占式版本，即当一个新就绪的进程比当前运行进程具有更短完成时间时，系统抢占当前进程，选择新就绪的进程执行。

  • 短作业优先调度算法特点：改善短作业的周转时间，但如果源源不断有短任务到来，可能使长的任务长时间得不到运行，产生饥饿现象。

• 最高相应比优先算法（HRRN）：是一个综合算法，调度时，首先计算每个进程的响应比R，之后总是选择R最高的进程执行。

  • 响应比R=（等待时间+处理时间）/处理时间

交互系统中采用的调度算法：

重要指标（响应时间，公平平衡）

• 时间片轮转调度算法： 每个进程被分配一个时间片，允许该进程在该时间段运行，如果在时间片结束时该进程还在运行，则剥夺CPU并分配给另一个进程，如果该进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU立即进行切换。

  • 当时间片选择太长，其降级为先来先服务算法，引起对短的交互请求响应时间长
  • 当时间片选择太短，会导致频繁的进程切换，浪费CPU时间。
  • 通常选择为20ms~50ms.
  • 对进程表中不同进程的大小差异较大的有利，而对进程都是相同大小的不利。

• 虚拟轮转法：主要基于时间片轮转法进行改进，解决在CPU调度中对于I/O密集型进程的不友好。其设置了一个辅助队列，对于I/O型进程执行完一个时间片之后，则进入辅助队列，CPU调度时总是先检查辅助队列是否为空，如果不为空总是优先调度辅助队列里的进程，直到为空，才调度就绪队列的进程。

• 最高优先级调度算法：选择优先级最高的进程优先执行。

  • 优先级可以静态不变，也可以动态调整
  • 优先数决定优先级
  • 就绪队列可以按照优先级组织
  • 实现简单，但不公平，可能导致优先级低的进程产生饥饿现象。
  • 可能产生优先级反转问题（基于优先级的抢占式算法），即一个低优先级进程持有一个高优先级进程所需要的资源，使得高优先级进程等待低优先级进程运行。

• 多级反馈队列调度算法：

  • 设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高，依次递减优先级。
  • 对于各个队列进程执行时间片的大小也不同，优先级越高的队列，分配到的时间片越少。
  • 当第一级队列为空时，再第二级队列进行调度，依次类推，各级队列按照时间片轮转方式进行调度。
  • 当一个新进程创建后，首先把它放入第一队列的末尾。按照FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如它在该时间片完成，便可准备撤离系统，如果它在一个时间片结束时尚未完成，则调度程序便将该进程转入第二队列的末尾，再同样地按照FCFS原则等待调度执行。依次类推。

各种调度算法比较：