操作系统调度算法

比较调度算法的准则

• CPU使用率：CPU处于忙状态的时间百分比
• 吞吐量：单位时间内完成的进程数量
• 周转时间：进程从初始化到结束（包括等待）的总时间
• 就绪等待时间：进程在就绪队列中的总时间
• 响应时间：从提交请求到产生响应所花费的总时间

决策模式

决策模式说明选择函数在执行的瞬间的处理方式，通常分为以下两类：

非抢占：一旦进入运行状态，就不会终止直到运行结束。

抢占：当前正在运行的进程可以被打断，并转移到就绪态。一个调度算法是否能抢占，对进程的顺序有着极大的影响。

一、先来先服务（FCFS）

先来先服务是最简单的策略，也称为先进先出FIFO。首先它是一个非抢占的。如字面意思，它根据进程到达时间决定先运行哪一个进程。

• FCFS的周转时间

          示例：3个进程，计算时间分别为12,3,3

•  FCFS优点

简单

• 缺点

1. 平均等待时间波动较大：短进程可能排在长进程后面
2. I/O资源和CPU资源的利用率较低：CPU密集型进程会导致I/O设备闲置时，I/O密集型进程也等待。

二、短进程优先算法（SPN）

选择就绪队列中执行时间最短进程占用CPU进入运行状态，就绪队列按预期的执行时间来排序，短进程优先算法具有最优平均周转时间。

• SPN算法中一组进程的平均周转时间

• 而修改进程执行顺序不能减少平均等待时间

• 短进程优先算法缺点：

1. 可能导致饥饿：连续的短进程流会使长进程无法获得CPU资源
2. 需要预知下一个CPU计算的持续时间，简单的解决办法—询问用户，用户欺骗就杀死相应进程，用户不知道到，则...

• 短进程优先算法的执行时间预估：用历史的执行时间来预估未来的执行时间。

 三、最高响应比优先算法（HRRN）

选择就绪队列中响应比R值最高的进程

• 特点

1. 在短进程优先算法的基础上改进
2. 不可抢占
3. 关注进程的等待时间
4. 防止无限期推迟 

四、时间片轮转算法（RR, Round-Robin）

1.时间片：分配处理及资源的基本时间单元

2.算法思路

• 时间片结束时，按FCFS算法切换到下一个就绪进程
• 每隔（n-1）个时间片进程执行一个时间片q

3.时间片为20的RR算法示例

4.时间片轮换算法中的时间片长度

• RR算法开销，额外的上下文切换
• 时间片太长

1. 等待时间过长
2. 极限情况退化为FCFS

• 时间片太小

1. 反映迅速，但产生大量的上下文切换
2. 大量的上下文切换开销影响到系统吞吐量

• 时间片长度选择目标

1. 选择一个合适的时间片长度
2. 经验规则：维持上下文切换开销处于1%以内

五、多级队列调度算法（MQ）

1. 就绪队列被划分为多个独立的子队列

• 如：前台（交互），后台（批处理）

2.每个队列拥有自己的调度策略

• 如：前台-RR，后台-FCFS

3. 队列间的调度

1. 固定优先级

• 先处理前台，后处理后台
• 可能导致饥饿

 2.时间片轮换

• 每个队列得到一个确定的能够调度其进程的CPU总时间
• 如：80%CPU时间用于前台，20%CPU时间用于后台

六、多级反馈队列算法（MLFQ）

进程可在不同队列中移动的多级队列算法

• 时间片大小随优先级级别增加而增加
• 如进程在当前的时间片没有完成，则降到下一个优先级

 MLFQ算法的特征：

1. CPU密集型进程的优先级下降很快
2. I/O密集型进程停留在高优先级