操作系统:进程调度算法

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操作系统:进程调度算法

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目录 先来先服务调度算法最短作业优先调度算法高响应比优先调度算法时间片轮转调度算法最高优先级调度算法多级反馈队列调度算法 参考资料

先来先服务调度算法

先来先服务(First Come First Serve, FCFS)算法是非抢占式的。

先来后到,每次从就绪队列选择最先进入队列的进程,然后一直运行,直到进程退出或被阻塞,才会继续从队列中选择第一个进程接着运行。

FCFS 对长作业有利,不利于短作业,适用于 CPU 繁忙型作业的系统,而不适用于 I/O 繁忙型作业的系统。

最短作业优先调度算法

最短作业优先(Shortest Job First, SJF)调度算法,它会优先选择运行时间最短的进程来运行,这有助于提高系统的吞吐量。对长作业不利。

高响应比优先调度算法

高响应比优先 (Highest Response Ratio Next, HRRN)调度算法主要是权衡了短作业和长作业。

每次进行进程调度时,先计算「响应比优先级」,然后把「响应比优先级」最高的进程投入运行。

时间片轮转调度算法

时间片轮转(Round Robin, RR)调度算法。

每个进程被分配一个时间段,称为时间片(Quantum),即允许该进程在该时间段中运行。

如果时间片用完,进程还在运行,那么将会把此进程从 CPU 释放出来,并把 CPU 分配给另外一个进程;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;

另外,时间片的长度就是一个很关键的点:

如果时间片设得太短会导致过多的进程上下文切换,降低了 CPU 效率;如果设得太长又可能引起对短作业进程的响应时间变长。将

一般来说,时间片设为 20ms~50ms 通常是一个比较合理的折中值。

时间片轮转调度算法是让所有的进程优先级一样,大家的运行事件都一样。

最高优先级调度算法

从就绪队列中选择最高优先级的进程进行运行,称为最高优先级(Highest Priority First,HPF)调度算法。

进程的优先级可以分为,静态优先级和动态优先级:

静态优先级:创建进程时候,就已经确定了优先级了,然后整个运行时间优先级都不会变化;动态优先级:根据进程的动态变化调整优先级,比如如果进程运行时间增加,则降低其优先级,如果进程等待时间(就绪队列的等待时间)增加,则升高其优先级,也就是随着时间的推移增加等待进程的优先级。

该算法也有两种处理优先级高的方法,非抢占式和抢占式:

非抢占式:当就绪队列中出现优先级高的进程,运行完当前进程,再选择优先级高的进程。抢占式:当就绪队列中出现优先级高的进程,当前进程挂起,调度优先级高的进程运行。

但是依然有缺点,可能会导致低优先级的进程永远不会运行。

多级反馈队列调度算法

多级反馈队列(Multilevel Feedback Queue)调度算法是「时间片轮转算法」和「最高优先级算法」的综合和发展。

「多级」表示有多个队列,每个队列优先级从高到低,同时优先级越高时间片越短。「反馈」表示如果有新的进程加入优先级高的队列时,立刻停止当前正在运行的进程,转而去运行优先级高的队列;

工作过程:

设置了多个队列,赋予每个队列不同的优先级,每个队列优先级从高到低,同时优先级越高时间片越短;新的进程会被放入到第一级队列的末尾,按先来先服务的原则排队等待被调度,如果在第一级队列规定的时间片没运行完成,则将其转入到第二级队列的末尾,以此类推,直至完成;当较高优先级的队列为空,才调度较低优先级的队列中的进程运行。如果进程运行时,有新进程进入较高优先级的队列,则停止当前运行的进程并将其移入到原队列末尾,接着让较高优先级的进程运行;

可以发现,对于短作业可能可以在第一级队列很快被处理完。对于长作业,如果在第一级队列处理不完,可以移入下次队列等待被执行,虽然等待的时间变长了,但是运行时间也变更长了,所以该算法很好的兼顾了长短作业,同时有较好的响应时间。

参考资料

《小林 coding》

《深入理解计算机系统 第3版》



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