现代操作系统day7：进程的调度
文章目录
- 进程调度原则
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- 依据什么来调度进程？
- 评价指标：
- 调度算法
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- 先来先服务
- 短进程优先
- 最高响应比优先
- 轮循
- 多级反馈队列
- 公平共享进程
进程调度原则
依据什么来调度进程？
调度：schedule
进程访问内存和I/O，让CPU进行计算
进程很多时候都是这样的工作状态：在某个时刻，进程占用CPU百分比很高，其他很低。我们希望CPU尽可能忙，充分利用CPU。
因此，需要辨别当前CPU繁忙的进程和当前I/O繁忙的进程，将它们合理安排
进程占用CPU百分比低的例子：进程要读一个硬盘中的文件，硬盘将其传到内存需要很长的时间，这时候CPU就会空闲着
评价指标：
CPU利用率：CPU处于忙状态所占时间的百分比。越高，效率越好
吞吐量：单位时间内完成的进程数量。越高，效率越好
周转时间：从进程初始化到结束所花费的时间，包括进程启动完等待的时间和服务时间。越小越好
某个进程的周转时间=等待时间+执行时间
等待时间：处于就绪态的进程等待多长时间才切换到运行态。越短越好
响应时间：从用户的一个请求（例如外设）被提交到产生第一次响应的时间。越快越好
吞吐量是操作系统的计算带宽，响应时间是操作系统的计算延迟
进程的“快”，指的是传输文件时的高带宽，玩游戏时的低延迟（操作之后很快响应）
这两个是一对矛盾，需要我们平衡矛盾进行折衷
目标：
减少响应时间，减少平均响应时间的波动，增加吞吐量-减少开销，减少等待时间
公平：每个进程都等待相同的时间
调度算法
一般系统用的有：
批处理系统：FCFS——先来先服务、短进程优先、SRRN——最高响应比优先
交互式系统：Round Robin——轮循、多级反馈队列（考虑等待时间和执行时间，通常会用）、FSS公平共享调度（等待时间和执行时间公平共享）
实时系统：
先来先服务
例如：3个进程，哪个任务先到达就执行谁
优点：简单
缺点：
1）平均等待时间波动较大（取决于先来的进程的执行时间），如果先来的进程执行时间很长，会导致所有进程的周转时间之和很长
2）可能导致I/O和CPU之间的重叠处理
CPU密集型进程会导致I/O设备闲置时，I/O密集型进程也在等待
改进：短进程优先
短进程优先
按照预测的进程完成时间来将任务入队列，时间最短的进程排在队列最前方
如果进程A执行时，队列中来了个进程B，其执行时间比A还要短，有两类处理方法：
1.不理它（进程B不会抢占进程A）
2.抢占式（A执行完一个时间片后，比较剩余的时间片与进程B的执行时间，如果B更短，就让B占用CPU执行，A挂到队列）
优点：平均等待时间是所有算法中最短的
缺点：
1）可能导致饥饿
短进程算法中，如果系统不停产生新的短进程，会导致长时间的进程一直无法执行（饥饿）
2）需要预知未来，很难估计进程什么时候结束
预估进程时间常用的方法：可以根据进程的执行历史，预估下一次进程大概的执行时间
最高响应比优先
响应比=（等待时间+执行时间）/执行时间=等待时间/执行时间+1
在短进程优先的基础上，最高响应比优先考虑了进程的等待时间（也就是响应比）。选择响应比更高的进程放在队列的前面
优点：
相对于短进程优先，有效缓解了饥饿现象
缺点：
1）该算法不支持抢占
2）和短进程优先同样的问题：需要预估等待时间和执行时间
轮循
给一堆进程分配总的时间，而这总的时间又被划分为多段一定长度的时间片，一个进程在时间片内运行，当该进程完成了工作又或者时间片用完了，就轮到另一个进程在新的时间片内运行。重复循环上述过程，直到所有进程都完成了工作
例如：
A-（到时间了）-B-（到时间）-C-（限定时间内C完成所有工作）-D-（到时间）-A（到时间）-B（限定时间内B完成所有工作）-D-（到时间）-A（限定时间内A完成所有工作）-D。。。
优点：每个进程都有机会执行，相对公平
问题：
1）频繁的进程切换会带来额外的上下文切换，相比其他算法会带来额外的开销
2）时间片的设置，合适的时间片
改进：多级队列
多级队列
把就绪进程分成很多个队列，例如最高级的队列采取轮循，最低级的队列采用FCFS，根据不同进程的特点选择队列
在执行过程中，若进程的执行特点发生变化
多级反馈队列
在多级队列的思想上，
例如，若进程一开始是交互式，需要大量进行I/O操作（I/O密集型），就把它的级别设的较高（时间片更短）；后来进行大量计算，占用CPU时间比较长（CPU密集型），时间片用的很快，用完一个时间片就把它降低级别，多次操作后该进程进入到很低级别的队列（时间片更长），
优点：动态调整优先级，根据IO密集型还是CPU密集型来选择队列
公平共享进程
若需要多人多用户共享计算机，要对资源公平，则用到公平调度策略，例如linux的complete fair scheduling
评价算法的方法：
1）建立队列，概率论
2）建立模拟器，跑算法
3）最好能在真正的计算机系统跑一下
实际上，调度算法除了受到上下文切换或其他资源的影响，和硬件也有很大关系
调度算法比起实际计算机的调度算法还有很大差别，但实际的调度算法的特征在本章都有所体现，例如公平性，最小等待时间，尽量减少响应时间