操作系统调度算法
进程调度器根据特定的调度算法调度不同的进程分配给 CPU。 本章将讨论六种流行的进程调度算法 −
- 先到先得 (FCFS) 调度
- 最短作业优先 (SJN) 调度
- 优先级调度
- 最短剩余时间
- 循环 (RR) 调度
- 多级队列调度
这些算法是非抢占式或抢占式。 非抢占式 算法被设计为一旦进程进入运行状态，在完成分配的时间之前不能被抢占，而抢占式调度是基于优先级的，调度程序可以在高优先级进程进入时随时抢占低优先级运行进程 就绪状态。
先到先得 (FCFS)
- 作业以先到先得的方式执行。
- 它是一种非抢占式、抢占式调度算法。
- 易于理解和实施。
- 它的实现是基于先进先出队列的。
- 性能不佳，因为平均等待时间很长。
各进程的等待时间如下 −
| 进程 | 等待时间:服务时间-到达时间 |
|---|---|
| P0 | 0 - 0 = 0 |
| P1 | 5 - 1 = 4 |
| P2 | 8 - 2 = 6 |
| P3 | 16 - 3 = 13 |
平均等待时间:(0+4+6+13) / 4 = 5.75
最短作业优先 (SJN)
这也称为最短作业优先，或SJF
这是一种非抢占式、抢占式调度算法。
尽量减少等待时间的最佳方法。
易于在预先知道所需 CPU 时间的 Batch 系统中实施。
无法在所需 CPU 时间未知的交互式系统中实现。
处理者应该提前知道处理需要多少时间。
给定:进程表及其到达时间、执行时间
| 进程 | 到达时间 | 执行时间 | 服务时间 |
|---|---|---|---|
| P0 | 0 | 5 | 0 |
| P1 | 1 | 3 | 5 |
| P2 | 2 | 8 | 14 |
| P3 | 3 | 6 | 8 |
每个进程的等待时间如下 −
| 进程 | 等待时间 |
|---|---|
| P0 | 0 - 0 = 0 |
| P1 | 5 - 1 = 4 |
| P2 | 14 - 2 = 12 |
| P3 | 8 - 3 = 5 |
平均等待时间: (0 + 4 + 12 + 5)/4 = 21 / 4 = 5.25
基于优先级的调度
优先级调度是一种非抢占式算法，也是批处理系统中最常见的调度算法之一。
每个进程都被分配了一个优先级。 优先级最高的进程先执行，以此类推。
具有相同优先级的进程按照先到先得的原则执行。
可以根据内存需求、时间需求或任何其他资源需求来决定优先级。
给定:进程表，以及它们的到达时间、执行时间和优先级。 这里我们认为 1 是最低优先级。
| 进程 | 到达时间 | 执行时间 | 优先级 | 服务时间 |
|---|---|---|---|---|
| P0 | 0 | 5 | 1 | 0 |
| P1 | 1 | 3 | 2 | 11 |
| P2 | 2 | 8 | 1 | 14 |
| P3 | 3 | 6 | 3 | 5 |
每个进程的等待时间如下 −
| 进程 | 等待时间 |
|---|---|
| P0 | 0 - 0 = 0 |
| P1 | 11 - 1 = 10 |
| P2 | 14 - 2 = 12 |
| P3 | 5 - 3 = 2 |
平均等待时间: (0 + 10 + 12 + 2)/4 = 24 / 4 = 6
最短剩余时间
最短剩余时间 (SRT) 是 SJN 算法的抢占式版本。
处理器被分配给最接近完成的作业，但它可以被完成时间较短的新就绪作业抢占。
无法在所需 CPU 时间未知的交互式系统中实现。
常用于短作业需要优先考虑的批处理环境中。
循环调度
循环调度是抢占式进程调度算法。
每个进程都有一个固定的执行时间，称为量子。
一旦一个进程在给定的时间段内执行，它就会被抢占，其他进程在给定的时间段内执行。
上下文切换用于保存被抢占进程的状态。
各进程的等待时间如下 −
| 进程 | 等待时间:服务时间-到达时间 |
|---|---|
| P0 | (0 - 0) + (12 - 3) = 9 |
| P1 | (3 - 1) = 2 |
| P2 | (6 - 2) + (14 - 9) + (20 - 17) = 12 |
| P3 | (9 - 3) + (17 - 12) = 11 |
平均等待时间: (9+2+12+11) / 4 = 8.5
多级队列调度
多级队列不是独立的调度算法。 他们利用其他现有算法对具有共同特征的作业进行分组和调度。
- 为具有共同特征的进程维护多个队列。
- 每个队列都可以有自己的调度算法。
- 为每个队列分配优先级。
例如，CPU 密集型作业可以安排在一个队列中，而所有 I/O 密集型作业可以安排在另一个队列中。 然后，进程调度程序交替地从每个队列中选择作业，并根据分配给队列的算法将它们分配给 CPU。
