00. 目錄

文章目錄

• • 00. 目錄
  • 01. 概述
  • 02. 先來先服務(wù)調(diào)度算法
  • 03. 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法
  • 04. 短作業(yè)(SJF)優(yōu)先調(diào)度算法
  • 05. 最短剩余時間優(yōu)先
  • 06. 高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法
  • 07. 優(yōu)先級調(diào)度算法
  • 08. 多級反饋隊(duì)列調(diào)度算法

01. 概述

調(diào)度算法是指：根據(jù)系統(tǒng)的資源分配策略所規(guī)定的資源分配算法

02. 先來先服務(wù)調(diào)度算法

? 先來先服務(wù)調(diào)度算法是一種最簡單的調(diào)度算法，也稱為先進(jìn)先出或嚴(yán)格排隊(duì)方案。當(dāng)每個進(jìn)程就緒后，它加入就緒隊(duì)列。當(dāng)前正運(yùn)行的進(jìn)程停止執(zhí)行，選擇在就緒隊(duì)列中存在時間最長的進(jìn)程運(yùn)行。該算法既可以用于作業(yè)調(diào)度，也可以用于進(jìn)程調(diào)度。先來先去服務(wù)比較適合于常作業(yè)（進(jìn)程），而不利于段作業(yè)（進(jìn)程）。

FCFS調(diào)度算法是一種最簡單的調(diào)度算法，該調(diào)度算法既可以用于作業(yè)調(diào)度也可以用于進(jìn)程調(diào)度。在作業(yè)調(diào)度中，算法每次從后備作業(yè)隊(duì)列中選擇最先進(jìn)入該隊(duì)列的一個或幾個作業(yè)，將它們調(diào)入內(nèi)存，分配必要的資源，創(chuàng)建進(jìn)程并放入就緒隊(duì)列。

? 在進(jìn)程調(diào)度中，FCFS調(diào)度算法每次從就緒隊(duì)列中選擇最先進(jìn)入該隊(duì)列的進(jìn)程，將處理機(jī)分配給它，使之投入運(yùn)行，直到完成或因某種原因而阻塞時才釋放處理機(jī)。

? 下面通過一個實(shí)例來說明FCFS調(diào)度算法的性能。假設(shè)系統(tǒng)中有4個作業(yè)，它們的提交時間分別是8、8.4、8.8、9，運(yùn)行時間依次是2、1、0.5、0.2，系統(tǒng)釆用FCFS調(diào)度算法，這組作業(yè)的平均等待時間、平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間如下表所示。

作業(yè)號提交時間運(yùn)行時間開始時間等待時間完成時間周轉(zhuǎn)時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間

1	8	2	8	0	10	2	1
2	8.4	1	10	1.6	11	2.6	2.6
3	8.8	0.5	11	2.2	11.5	2.7	5.4
4	9	0.2	11.5	2.5	11.7	2.7	13.5

平均等待時間 t = (0+1.6+2.2+2.5)/4=1.575
平均周轉(zhuǎn)時間 T = (2+2.6+2.7+2.7)/4=2.5
平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 W = (1+2.6+5.牡13.5)/4=5.625

? FCFS調(diào)度算法屬于不可剝奪算法。從表面上看，它對所有作業(yè)都是公平的，但若一個長作業(yè)先到達(dá)系統(tǒng)，就會使后面許多短作業(yè)等待很長時間，因此它不能作為分時系統(tǒng)和實(shí)時系統(tǒng)的主要調(diào)度策略。但它常被結(jié)合在其他調(diào)度策略中使用。例如，在使用優(yōu)先級作為調(diào)度策略的系統(tǒng)中，往往對多個具有相同優(yōu)先級的進(jìn)程按FCFS原則處理。

? FCFS調(diào)度算法的特點(diǎn)是算法簡單，但效率低；對長作業(yè)比較有利，但對短作業(yè)不利（相對SJF和高響應(yīng)比）；有利于CPU繁忙型作業(yè)，而不利于I/O繁忙型作業(yè)。

03. 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法

時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法主要適用于分時系統(tǒng)。在這種算法中，系統(tǒng)將所有就緒進(jìn)程按到達(dá)時間的先后次序排成一個隊(duì)列，進(jìn)程調(diào)度程序總是選擇就緒隊(duì)列中第一個進(jìn)程執(zhí)行，即先來先服務(wù)的原則，但僅能運(yùn)行一個時間片，如100ms。在使用完一個時間片后，即使進(jìn)程并未完成其運(yùn)行，它也必須釋放出（被剝奪）處理機(jī)給下一個就緒的進(jìn)程，而被剝奪的進(jìn)程返回到就緒隊(duì)列的末尾重新排隊(duì)，等候再次運(yùn)行。

? 在時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法中，時間片的大小對系統(tǒng)性能的影響很大。如果時間片足夠大，以至于所有進(jìn)程都能在一個時間片內(nèi)執(zhí)行完畢，則時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法就退化為先來先服務(wù)調(diào)度算法。如果時間片很小，那么處理機(jī)將在進(jìn)程間過于頻繁切換，使處理機(jī)的開銷增大，而真正用于運(yùn)行用戶進(jìn)程的時間將減少。因此時間片的大小應(yīng)選擇適當(dāng)。

? 時間片的長短通常由以下因素確定：系統(tǒng)的響應(yīng)時間、就緒隊(duì)列中的進(jìn)程數(shù)目和系統(tǒng)的處理能力。

04. 短作業(yè)(SJF)優(yōu)先調(diào)度算法

? 短作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先調(diào)度算法是指對短作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先調(diào)度的算法。短作業(yè)優(yōu)先(SJF)調(diào)度算法是從后備隊(duì)列中選擇一個或若干個估計運(yùn)行時間最短的作業(yè)，將它們調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行。而短進(jìn)程優(yōu)先(SPF)調(diào)度算法，則是從就緒隊(duì)列中選擇一個估計運(yùn)行時間最短的進(jìn)程，將處理機(jī)分配給它，使之立即執(zhí)行，直到完成或發(fā)生某事件而阻塞時，才釋放處理機(jī)。

? 短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法是一個非搶占策略，他的原則是下一次選擇預(yù)計處理時間最短的進(jìn)程，因此短進(jìn)程將會越過長作業(yè)，跳至隊(duì)列頭。該算法即可用于作業(yè)調(diào)度，也可用于進(jìn)程調(diào)度。但是他對長作業(yè)不利，不能保證緊迫性作業(yè)（進(jìn)程）被及時處理，作業(yè)的長短只是被估算出來的。

缺點(diǎn)：

• 該算法對長作業(yè)不利，SJF調(diào)度算法中長作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間會增加。更嚴(yán)重的是，如果有一長作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)的后備隊(duì)列，由于調(diào)度程序總是優(yōu)先調(diào)度那些 (即使是后進(jìn)來的）短作業(yè)，將導(dǎo)致長作業(yè)長期不被調(diào)度（“饑餓”現(xiàn)象，注意區(qū)分“死鎖”。后者是系統(tǒng)環(huán)形等待，前者是調(diào)度策略問題）。
• 該算法完全未考慮作業(yè)的緊迫程度，因而不能保證緊迫性作業(yè)會被及時處理。
• 由于作業(yè)的長短只是根據(jù)用戶所提供的估計執(zhí)行時間而定的，而用戶又可能會有意或無意地縮短其作業(yè)的估計運(yùn)行時間，致使該算法不一定能真正做到短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度。

【注意】 SJF調(diào)度算法的平均等待時間、平均周轉(zhuǎn)時間最少。

05. 最短剩余時間優(yōu)先

? 最短剩余時間是針對最短進(jìn)程優(yōu)先增加了搶占機(jī)制的版本。在這種情況下，進(jìn)程調(diào)度總是選擇預(yù)期剩余時間最短的進(jìn)程。當(dāng)一個進(jìn)程加入到就緒隊(duì)列時，他可能比當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程具有更短的剩余時間，因此只要新進(jìn)程就緒，調(diào)度程序就能可能搶占當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程。像最短進(jìn)程優(yōu)先一樣，調(diào)度程序正在執(zhí)行選擇函數(shù)是必須有關(guān)于處理時間的估計，并且存在長進(jìn)程饑餓的危險。

06. 高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法

? 根據(jù)比率：R=(w+s)/s （R為響應(yīng)比，w為等待處理的時間，s為預(yù)計的服務(wù)時間）

如果該進(jìn)程被立即調(diào)用，則R值等于歸一化周轉(zhuǎn)時間（周轉(zhuǎn)時間和服務(wù)時間的比率）。R最小值為1.0，只有第一個進(jìn)入系統(tǒng)的進(jìn)程才能達(dá)到該值。調(diào)度規(guī)則為：當(dāng)前進(jìn)程完成或被阻塞時，選擇R值最大的就緒進(jìn)程，它說明了進(jìn)程的年齡。當(dāng)偏向短作業(yè)時，長進(jìn)程由于得不到服務(wù)，等待時間不斷增加，從而增加比值，最終在競爭中贏了短進(jìn)程。和最短進(jìn)程優(yōu)先、最短剩余時間優(yōu)先一樣，使用最高響應(yīng)比策略需要估計預(yù)計服務(wù)時間。

? 高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法主要用于作業(yè)調(diào)度，該算法是對FCFS調(diào)度算法和SJF調(diào)度算法的一種綜合平衡，同時考慮每個作業(yè)的等待時間和估計的運(yùn)行時間。在每次進(jìn)行作業(yè)調(diào)度時，先計算后備作業(yè)隊(duì)列中每個作業(yè)的響應(yīng)比，從中選出響應(yīng)比最高的作業(yè)投入運(yùn)行。

根據(jù)公式可知：

• 當(dāng)作業(yè)的等待時間相同時，則要求服務(wù)時間越短，其響應(yīng)比越高，有利于短作業(yè)。
• 當(dāng)要求服務(wù)時間相同時，作業(yè)的響應(yīng)比由其等待時間決定，等待時間越長，其響應(yīng)比越高，因而它實(shí)現(xiàn)的是先來先服務(wù)。
• 對于長作業(yè)，作業(yè)的響應(yīng)比可以隨等待時間的增加而提高，當(dāng)其等待時間足夠長時，其響應(yīng)比便可升到很高，從而也可獲得處理機(jī)?？朔损囸I狀態(tài)，兼顧了長作業(yè)。

07. 優(yōu)先級調(diào)度算法

優(yōu)先級調(diào)度算法又稱優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法，該算法既可以用于作業(yè)調(diào)度，也可以用于進(jìn)程調(diào)度，該算法中的優(yōu)先級用于描述作業(yè)運(yùn)行的緊迫程度。

在作業(yè)調(diào)度中，優(yōu)先級調(diào)度算法每次從后備作業(yè)隊(duì)列中選擇優(yōu)先級最髙的一個或幾個作業(yè)，將它們調(diào)入內(nèi)存，分配必要的資源，創(chuàng)建進(jìn)程并放入就緒隊(duì)列。在進(jìn)程調(diào)度中，優(yōu)先級調(diào)度算法每次從就緒隊(duì)列中選擇優(yōu)先級最高的進(jìn)程，將處理機(jī)分配給它，使之投入運(yùn)行。

根據(jù)新的更高優(yōu)先級進(jìn)程能否搶占正在執(zhí)行的進(jìn)程，可將該調(diào)度算法分為：

• 非剝奪式優(yōu)先級調(diào)度算法。當(dāng)某一個進(jìn)程正在處理機(jī)上運(yùn)行時，即使有某個更為重要或緊迫的進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列，仍然讓正在運(yùn)行的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，直到由于其自身的原因而主動讓出處理機(jī)時（任務(wù)完成或等待事件），才把處理機(jī)分配給更為重要或緊迫的進(jìn)程。
• 剝奪式優(yōu)先級調(diào)度算法。當(dāng)一個進(jìn)程正在處理機(jī)上運(yùn)行時，若有某個更為重要或緊迫的進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列，則立即暫停正在運(yùn)行的進(jìn)程，將處理機(jī)分配給更重要或緊迫的進(jìn)程。

而根據(jù)進(jìn)程創(chuàng)建后其優(yōu)先級是否可以改變，可以將進(jìn)程優(yōu)先級分為以下兩種：

• 靜態(tài)優(yōu)先級。優(yōu)先級是在創(chuàng)建進(jìn)程時確定的，且在進(jìn)程的整個運(yùn)行期間保持不變。確定靜態(tài)優(yōu)先級的主要依據(jù)有進(jìn)程類型、進(jìn)程對資源的要求、用戶要求。

• 動態(tài)優(yōu)先級。在進(jìn)程運(yùn)行過程中，根據(jù)進(jìn)程情況的變化動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級。動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級的主要依據(jù)為進(jìn)程占有CPU時間的長短、就緒進(jìn)程等待CPU時間的長短。

08. 多級反饋隊(duì)列調(diào)度算法

多級反饋隊(duì)列算法，不必事先知道各種進(jìn)程所需要執(zhí)行的時間，他是當(dāng)前被公認(rèn)的一種較好的進(jìn)程調(diào)度算法。

多級反饋隊(duì)列調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)思想如下：

應(yīng)設(shè)置多個就緒隊(duì)列，并為各個隊(duì)列賦予不同的優(yōu)先級，第1級隊(duì)列的優(yōu)先級最高，第2級隊(duì)列次之，其余隊(duì)列的優(yōu)先級逐次降低。

賦予各個隊(duì)列中進(jìn)程執(zhí)行時間片的大小也各不相同，在優(yōu)先級越高的隊(duì)列中，每個進(jìn)程的運(yùn)行時間片就越小。例如，第2級隊(duì)列的時間片要比第1級隊(duì)列的時間片長一倍， ……第i+1級隊(duì)列的時間片要比第i級隊(duì)列的時間片長一倍。

當(dāng)一個新進(jìn)程進(jìn)入內(nèi)存后，首先將它放入第1級隊(duì)列的末尾，按FCFS原則排隊(duì)等待調(diào)度。當(dāng)輪到該進(jìn)程執(zhí)行時，如它能在該時間片內(nèi)完成，便可準(zhǔn)備撤離系統(tǒng)；如果它在一個時間片結(jié)束時尚未完成，調(diào)度程序便將該進(jìn)程轉(zhuǎn)入第2級隊(duì)列的末尾，再同樣地按FCFS 原則等待調(diào)度執(zhí)行；如果它在第2級隊(duì)列中運(yùn)行一個時間片后仍未完成，再以同樣的方法放入第3級隊(duì)列……如此下去，當(dāng)一個長進(jìn)程從第1級隊(duì)列依次降到第 n 級隊(duì)列后，在第 n 級隊(duì)列中便釆用時間片輪轉(zhuǎn)的方式運(yùn)行。

僅當(dāng)?shù)?級隊(duì)列為空時，調(diào)度程序才調(diào)度第2級隊(duì)列中的進(jìn)程運(yùn)行；僅當(dāng)?shù)? ~ (i-1)級隊(duì)列均為空時，才會調(diào)度第i級隊(duì)列中的進(jìn)程運(yùn)行。如果處理機(jī)正在執(zhí)行第i級隊(duì)列中的某進(jìn)程時，又有新進(jìn)程進(jìn)入優(yōu)先級較高的隊(duì)列（第 1 ~ (i-1)中的任何一個隊(duì)列），則此時新進(jìn)程將搶占正在運(yùn)行進(jìn)程的處理機(jī)，即由調(diào)度程序把正在運(yùn)行的進(jìn)程放回到第i級隊(duì)列的末尾，把處理機(jī)分配給新到的更高優(yōu)先級的進(jìn)程。

多級反饋隊(duì)列的優(yōu)勢有：

• 終端型作業(yè)用戶：短作業(yè)優(yōu)先。
• 短批處理作業(yè)用戶：周轉(zhuǎn)時間較短。
• 長批處理作業(yè)用戶：經(jīng)過前面幾個隊(duì)列得到部分執(zhí)行，不會長期得不到處理。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【Linux系统编程】进程常用调度算法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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