2.2_5 调度算法(1)

2.2_5 调度算法(1)

例题：各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间如下表所示。使用先来先服务调度算法，计算各
进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

注意：本例中的进程都是纯计算型的进程，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l/O操作的进程，其等待时间就是周转时间 - 运行时间 - I/0操作 的时间

进程	到达时间	运行时间
P1	0	7
P2	2	4
P3	4	1
P4	5	4

X:周转时间=完成时间-到达时间

Y:带权周转时间=周转时间/运行时间

Z:等待时间=周转时间-运行时间

先来先服务（FCFS）

算法思想	主要从“公平”的角度考虑(类似于我们生活中排队买东西的例子)
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/进程调度	用于作业调度时，考虑的是哪个作业先到达后备队列; 用于进程调度时，考虑的是哪个进程先到达就绪队列
是否可抢占?	非抢占式的算法
优缺点	优点:公平、算法实现简单 缺点:排在长作业(进程)后面的短作业需要等待很长时间，带权周转时间很大，对短作业来说用户体验不好。即，FCFS算法对长作业有利，对短作业不利(Eg:排队买奶茶 … )
是否会导致饥饿	不会

先来先服务调度算法：按照到达的先后顺序调度，事实上就是等待时间越久的越优先得到服务。
因此，调度顺序为：P1→P2→P3→P4

• **X:**周转时间

  • P1=7-0=7;
  • p2=11-2=9;
  • P3=12-4=8;
  • P4=16-5=11

• **Y:**带权周转时间

  • P1=7/7=1;
  • P2=9/4=2.25;
  • P3=8/1=8;
  • P4=11/4=2.75

• **Z:**等待时间

  • P1=7-7=0;
  • P2=9-4=5;
  • P3=8-1=7;
  • P4=11-4=7

• 平均周转时间=(7+9+8+11)/4=8.75

• 平均带权周转时间=(1+2.25+8+2.75)/4=3.5

• 平均等待时间=(0+5+7+7)/4=4.75

短作业优先（SJF）

算法思想	追求最少的平均等待时间，最少的平均周转时间、最少的平均平均带权周转时间
算法规则	最短的作业/进程优先得到服务(所谓“最短”，是指要求服务时间最短)
用于作业/进程调度	即可用于作业调度，也可用于进程调度。用于进程调度时称为短进程优先(SPF，Shortest Process First)算法
是否可抢占?	SJF和SPF是非抢占式的算法。但是也有抢占式的版本——最短剩余时间优先算法(SRTN， Shortest Remaining Time Next)
优缺点	优点:“最短的”平均等待时间、平均周转时间 缺点:不公平。对短作业有利，对长作业不利。可能产生饥饿现象。另外，作业/进程的运行时间是由用户提供的，并不一定真实，不一定能做到真正的短作业优先
是否会导致饥饿	会。如果源源不断地有短作业/进程到来，可能使长作业/进程长时间得不到服务，产生饥饿现象。如果一直得不到服务，则称为饿死

非抢占式

短作业/进程优先调度算法:每次调度时选择当前已到达且运行时间最短的作业/进程。
因此，调度顺序为:P1→P3→P2→P4

• **X:**周转时间

  • P1=7-0=7;
  • P3=8-4=4;
  • P2=12-2=10;
  • P4=16-5=11

• **Y:**带权周转时间

  • P1=7/7=1;
  • P3=4/1=4;
  • P2=10/4=2.5;
  • P4=11/4=2.75

• **Z:**等待时间

  • P1=7-7=0;
  • P3=4-1=3;
  • P2=10-4=6;
  • P4=11-4=7

• 平均周转时间=(7+4+10+11)/4=8

• 平均带权周转时间=(1+4+2.5+2.75)/4=2.56

• 平均等待时间=(0+3+6+7)/4=4

抢占式

最短剩余时间优先算法：每当有进程加入就绪队列改变时就需要调度，如果新到达的进程剩余时间比当前运行的进程剩余时间更短，则由新进程抢占处理机，当前运行进程重新回到就绪队列。另外，当一个进程完成时也需要调度

• **X:**周转时间

  • P1=16-0=16;
  • P2=7-2=5;
  • P3=5-4=1;
  • P4=11-5=6

• **Y:**带权周转时间

  • P1=16/7=2.28;
  • P2=5/4=1.25;
  • P3=1/1=1;
  • P4=6/4=1.5

• **Z:**等待时间

  • P1=16-7=9;
  • P2=5-4=1;
  • P3=1-1=0;
  • P4=6-4=2

• 平均周转时间=(16+5+1+6)/4=7

• 平均带权周转时间=(2.28+1.25+1+1.5)/4=1.50

• 平均等待时间=(9+1+0+2)/4=3

高响应比优先（HRRN）

高响应比优先算法:非抢占式的调度算法，只有当前运行的进程主动放弃CPU时(正常/异常完成，或主动阻塞)，才需要进行调度，调度时计算所有就绪进程的响应比，选响应比最高的进程上处理机。

$响应比=\frac{等待时间+要求服务时间}{要求服务时间}$

0时刻：只有P1到达就绪队列，P1上处理机
7时刻(P1主动放弃CPU)：就绪队列中有P2(响应比=(5+4)/4=2.25)、P3((3+1)/1=4)、P4((2+4)/4=1.5)，
8时刻(P3完成)：P2(2.5)* P4(1.75)
12时刻(P2完成)：就绪队列中只剩下P4

算法思想	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/进程的响应比，选择响应比最高的作业/进程为其服务 $响应比=\frac{等待时间+要求服务时间}{要求服务时间}$
用于作业/进程调度	即可用于作业调度，也可用于进程调度
是否可抢占	非抢占式的算法。因此只有当前运行的作业/进程主动放弃处理机时，才需要调度，才需要计算响应比
优缺点	综合考虑了等待时间和运行时间(要求服务时间)等待时间相同时，要求服务时间短的优先(SJF的优点)要求服务时间相同时，等待时间长的优先(FCFS的优点)对于长作业来说，随着等待时间越来越久，其响应比也会越来越大，从而避免了长作业饥饿的问题
是否会导致饥饿	不会

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知识回顾与重要考点

算法	思想&规则	可抢占？	优点	缺点	考虑到等待时间&运行时间？	会导致饥饿？
FCFS	略	非抢占式	公平;实现简单	对短作业不利	等待时间√ 运行时间×	不会
SJF/SPF	略	默认为非抢占式，也有SJF的抢占式版本最短剩余时间优先算法(SRTN)	“最短的”平均等待/周转时间;	对长作业不利，可能导致饥饿;难以做到真正的短作业优先	等待时间× 运行时间√	会
HRRN	略	非抢占式	上述两种算法的权衡折中，综合考虑的等待时间和运行时间		等待时间√ 运行时间√	不会

这几种算法主要关心对用户的公平性、平均周转时间、平均等待时间等评价系统整体性能的指标，但是不关心“响应时间”，也并不区分任务的紧急程度，因此对于用户来说，交互性很糟糕。因此这三种算法一般适合用于早期的批处理系统，当然，FCFS算法也常结合其他的算法使用，在现在也扮演着很重要的角色。而适合用于交互式系统的调度算法后续学习…