计算机操做系统(十一)：调度算法

计算机操做系统(十一)：调度算法

评价指标

CPU利用率

指CPU忙碌的时间占总时间的比例。

例子：

系统吞吐量

单位时间内完成作业的数量

例子：

周转时间

是指作业从被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔

周转时间=作业完成时间-作业提交时间

带权周转时间：

对于周转时间相同的两个作业，实际运行时间长的作业在相同时间内被服务的时间更多，带权周转时间更小，用户满意度更高。

对于实际运行时间相同的两个作业，周转时间短的带权周转时间更小，用户满意度更高。

等待时间

指进程处于等待处理机状态时间之和，等待的时间越长，用户满意度越低。

• 对进程：等待时间就是指进程建立后等待被服务的时间之和，在等待i/o完成的期间其实进程也是在被服务的，所以不计入等待时间。
• 对作业：不仅要考虑建立进程后的等待时间，还要加上作业在外存后备队列中等待时间。

响应时间

指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

总结

调度算法（一）

先来先服务（FCFS）

• 算法思想：从公平的角度考虑
• 算法规则：按照作业/进程到达的先后顺序进行服务
• 用于作业调度时，考虑的是那个作业先到达后备队列：用于进程调度考虑的是那个进程先到达就绪队列。
• 非抢占式的算法

注意：本例中的进程是纯计算的进程，一个进程到达后要么在等待，要么在运行。如果是又有计算、又有i/o操做的进程，其等待时间就是周转时间-运行时间-i/o操作时间

优点：公平、算法实现简单

缺点：排在长作业后面的短作业需要等待很长的时间，带权周转时间很大，对短作业来说用户体验不好。

• 不会导致饥饿

短作业优先（SJF）

• 算法思想：追求更少的平均等待时间，最少的平均周转时间、最好阿德平均带权周转时间

• 算法规则：最短作业/进程优先得到服务（服务时间最短）

• 可以用于作业调度，也可以用于进程调度。

• 是非抢占式算法。但是也由抢占式版本。（最短剩余时间优先算法）

• 抢占式的短作业优先算法

优点：（不严谨）最短的平均等待时间、平均周转时间

缺点：对于短作业有利，对于长作业不利。可能产生饥饿现象。

高响应比优先（HRRN）

• 要综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务的时间

• 算法规则：在每次调度时先计算各个作业/进程的相应比，选择响应比最高的作业/进程为其服务。

  响应比=（等待时间+要求服务的时间）/要求服务的时间

• 可以用于作业调度。也可以用于进程调度

• 是非抢占式算法。

• 综合考虑了等待时间和运行时间，等待时间相同时，要求服务时间短的优先。要求服务时间相同时，等待时间长的优先。
• 不会导致饥饿

总结

调度算法（二）

时间片轮转（RR）

• 算法思想：公平地、轮流地为各个进程服务，让每个进程在一定时间内都可以得到响应
• 算法规则：按照各进程到达就绪队列地顺序，轮流让进程执行一个时间片。若进程未在一个时间片内执行完就剥夺处理机，将进程重新放到就绪队列队尾排队。
• 用于进程调度
• 抢占式算法，由时钟装置发出地时钟中断来通知CPU时间片已到。

优点：公平；响应快，适用于分时操做系统。

缺点：由于高频地进程切换，会有一定地开销；不区分任务地紧急程度。

• 不会导致饥饿

优先级调度

• 算法思想：实时操做系统地出现，越来越多的应用场景需要按照任务紧急程度来决定处理顺序。
• 算法规则:每个作业有各自的优先级，调度时选择优先级最高的进程
• 既可以用于作业调度，也可以用于进程调度。甚至还会用于之后的i/o调度
• 抢占式和非抢占式都有。

非抢占式：

抢占式：

通常：系统进程优先级高于用户进程

​ 前台进程优先级高于后台进程

​ 操作系统更偏i/o型进程。

优点：用于区分紧急程度、重要程度，适用于实时操做系统。可以灵活地调整对各种作业/进程地偏好程度。

缺点：若源源不断有优先级高的进程到来，则可能导致饥饿。

多级反馈队列调度算法

算法思想：对其他调度算法的折中权衡

算法规则：

1. 设置多级就绪队列，各级队列优先级从高到低，时间片从小到大
2. 新进程到达时先进入第1级队列，按FCFS原则排队等待被分配时间片，若用完时间片进程还未结束，则进程进入下一级队列队尾。
   如果此时已经是在最下级的队列，则重新放回该队列队尾.
3. 只有第k级队列为空时，才会为k+1级队头的进程分配时间片

• 用于进程调度
• 抢占式算法

• 优缺点：对各类型进程相对公平(FCFS的优点) ;每个新到达的进程都可以很快就得到响应(RR的优点) ;短进程只用较少的时间就可完(SPF的优点) ;不必实现估计进程的运行时间( 避免用户作假) ;可灵活地调整对各类进程的偏好程度，比如CPU密集型进程、I/O密集型进程(拓展:可以将因I/O而阻塞的进程重新放回原队列，这样I/0型进程就可以保持较高优先级)
• 会导致饥饿

总结