计算机操作系统——处理机调度算法
計算機操作系統——處理機調度算法
一、處理機調度的層次和調度算法的目標
1.處理及調度的層次
主要用于：多道批處理系統
2.處理機調度算法目標
處理機調度算法的共同目標
（1）資源利用率 CPU的利用率： （2）公平性：讓所有進程獲得合理的CPU時間，盡量不產生饑餓現象
（3）平衡性
（4）策略強制執行
批處理系統的目標
（1）平均周轉時間短
周轉時間=等待時間+執行時間=完成時刻-到達時刻
平均周轉時間=各進程周轉時間之和/進程的個數
帶權周轉時間=周轉時間/CPU提供服務的時間
（2）系統吞吐量高 吞吐量：單位時間內系統完成的作業數，它與批處理作業的平均長度有關
（3）處理機利用率高
分時系統的目標
（1）響應時間按快
（2）均衡性
實時系統的目標
（1）截止時間的保證
（2）可預測性
二、 非搶占式調度算法
1.先來先服務調度算法（FCFS，First-Come-First-Served）
- 算法規則：按照作業/進程到達的先后順序進行服務
- 優點：公平，實現簡單
- 缺點：帶權周轉時間長，對長作業有利，短作業不利
例題詳解：（解題方式我習慣于用數軸表示，也可以畫表格，但是感覺不如數軸看著形象）
2.短作業優先調度算法（SJF，Short-Job-First）
- 算法規則：最短的進程/作業優先得到服務
- 該算法也有搶占式
- 優點：減少了平均等待時間和平均周轉時間
- 缺點：對短作業有利，長作業不利，容易產生饑餓現象；必須預知作業的運行時間；人——機無法實現交互；未考慮作業的緊迫程度，不能保證緊迫性作業及時得到處理。
例題詳解：
3.高響應比優先調度算法（HRRN，Highest-Response-Ratio-Next）
- 算法規則：每次調度時先計算響應比，選擇響應比最高的進行服務
- 優點：避免了長作業饑餓的問題，集合了SJF和FCFS的優點
響應比大的優先調度（不值得等待的進程優先調度）
響應比越小，等得越值得
例題詳解：
三、搶占式調度算法
進程調度的機制：（1）排隊器（2）分派器（3）上下文切換器
進程調度方式：搶占式、非搶占式
搶占式的剝奪原則：（1）優先權原則 （2）短進程優先原則 （3）時間片原則
1.輪轉調度算法（時間片輪轉）
輪轉調度算法：
（1）基本原理：將所有就緒進程按FCFS排成一個就緒隊列，系統設置每隔一定時間便產生一次中斷，去激活進程調度程序進行調度，把CPU分配給隊首進程，并令其執行下一個時間片…
（2）切換機制：
a.若一個時間片尚未用完，正在運行的進程便已經完成，就立即激活調度程序，將它從就緒隊列中刪除，再調度就緒隊列中隊首的進程進行，并啟動一個新的時間片。
b.在時間片用完時，如果進程尚未運行完成，調度程序將把它送往就緒隊列的末尾。
時間片大小的確定：
（1）時間片太小：增加系統的開銷
（2）時間片太大：時間片輪轉便退化為FCFS算法，無法滿足交互式用戶需求
時間片輪轉調度算法常用于分時操作系統，更注重“響應時間”，因而此處不計算周轉時間
2.優先級調度算法
（分為搶占式和非搶占式）
優先級類型：
（1）靜態優先級
（2）動態優先級
3.多級反饋隊列調度算法
調度機制
- 首先設置多級就緒隊列
每個就緒隊列分配不同的時間片，優先級高的為第一隊列，時間片最小，隨著就緒隊列級別的降低，時間片逐漸增大。 - 每個進程按照先來先服務調度算法
一個進程就緒后進入第一級隊列末尾 - 當有一個優先級更高的進程就緒時，可以搶占CPU，被強占進程回到原來一級的就緒隊列末尾。
- 當第一級別隊列空時，就去調度第二隊列，…以此類推。
- 當時間片結束后，進程放棄CPU，轉入下一級隊列。
多級反饋隊列示意圖：
總結
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