任务调度算法汇总

先来先服务算法

最简单的一种调度算法是先来先服务算法（First Come First Served，FCFS），也叫做先进先出算法（First In First Out，FIFO）。

• 优点：简单，易于理解和实现。

• 缺点：一批任务的平均周转时间取决于各个任务到达的顺序，如果短任务位于长任务之后，那么将增大平均周转时间。

短作业优先算法

为了改进FCFS算法，减少平均周转时间，人们提出了短作业优先算法（Shortest Job First，SJF）。SJF算法的基本思路是：各个任务在开始执行之前，必须事先预计好它的执行时间，然后调度器将根据这些时间，从中选择用时较短的任务优先执行。
SJF算法有两种：不可抢占方式和可抢占方式。其中可抢占方式又叫最短剩余时间优先算法（Shortest Remaining Time First，SRTF）。

时间片轮转算法

时间片轮转算法（Round Robin，RR）的基本思路是：把系统当中的所有就绪任务按照先来先服务的原则，排成一个队列，然后再每次调度的时候，把处理器分派给队列当中的第一个任务，让它去执行一小段CPU时间（即时间片，time slice）。当这个时间片结束时，如果任务还没有执行完成的话，将会发生时钟中断，在时钟中断里面，调度器将会暂停当前任务的执行，并把它送到就绪队列的末尾，然后执行当前的队首任务。反之，如果一个任务在它的时间片用完之前就已经结束了或者阻塞了，那么它就会立即让出CPU给其他任务。

图3-25所示是时间片轮转法的示意图。图a表示初始状态，总共有四个任务位于就绪队列中，先后顺序是B、C、D、A，其中任务B位于队列之首。当CPU空闲时，调度器就会选择B去执行。假设当B运行完一个时间片后，即没有结束也没有被阻塞，这时操作系统就会通过时钟中断来中止它的运行，并把它送到就绪队列的末尾。于是就成了图b的状态，此时，C位于队列之首，C就被调度执行。当C时间片用完后也会送到队列末尾，以此内推。当某个任务运行结束了，就会退出就绪队列，或者某任务被阻塞也也会退出，并加入阻塞队列中去。

• 优点：公平性，各个就绪任务能得到相同的时间片；活动性，每个就绪任务能一直保持活动。

• 缺点：时间片的大小q要适当选取，如果选择不当，将会影响到系统的性能和效率。如果q太大，每个任务都在一个时间片内完成，这就退化为先来先服务算法了。如果q太小，每个任务需要更多的时间片才能运行结束，这就使任务之间的切换次数增加，从而增大了系统的管理开销，降低了CPU的使用效率。一般来说，q值选取在20ms~50ms比较合适。

另，时间片轮转算法属于可抢占式调度。

优先级算法

优先级调度算法（priority）的基本思路是：给每个任务都设置一个优先级，然后在任务调度的时候，在所有处于就绪状态的任务中选择优先级最高的任务去运行。上文提到的短作业优先算法其实也是一种优先级算法，每个任务的优先级就是它的运行时间，运行时间越短，优先级越高。

优先级算法可以分为可抢占方式和不可抢占方式。区别在于，一个任务正在运行时，如果来了一个优先级更高的任务，可抢占方式则会立即抢占CPU去运行高优先级的任务，不可抢占方式则会等当前任务运行结束后再执行。

在任务优先级的确定方式上，可以分为静态方式和动态方式。

• 静态优先级方式：在创建任务的时候就确定任务的优先级，并且一直保持不变直到任务结束。
• 动态优先级方式：任务的优先级在任务运行过程中可以动态改变。

在优先级算法中，高优先级的任务将抢占低优先级的任务，但如果两个任务的优先级相同，又该如何处理呢？通常的做法是把任务按照不同的优先级进行分组，然后在不同组之间使用优先级算法，在同一组的各个任务之间使用时间片轮转法。（如图）

参考资料：《嵌入式系统设计师》3.3.4章节 任务的调度