計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)——處理機(jī)調(diào)度算法

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一、處理機(jī)調(diào)度的層次和調(diào)度算法的目標(biāo)

1.處理及調(diào)度的層次

高級調(diào)度：（周期較長，大約幾分鐘一次） 又稱為長程調(diào)度或作業(yè)調(diào)度 調(diào)度對象：作業(yè) 功能：根據(jù)算法決定將外存中處于后備隊(duì)列的作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，然后為它們創(chuàng)建進(jìn)程（建立PCB）、分配必要的資源，使它們獲得競爭處理及的權(quán)利，作業(yè)調(diào)度時(shí)會建立相應(yīng)的PCB，作業(yè)調(diào)出時(shí)才撤銷PCB。
主要用于：多道批處理系統(tǒng)

中級調(diào)度： 又稱為內(nèi)存調(diào)度 調(diào)度對象：進(jìn)程 功能：提高內(nèi)存利用率和系統(tǒng)吞吐量，把內(nèi)存中暫時(shí)不能運(yùn)行的進(jìn)程，調(diào)至外存等待，此時(shí)的進(jìn)程處于掛起狀態(tài)。當(dāng)它們具備運(yùn)行條件并且內(nèi)存有空間時(shí)，中級調(diào)度來決定把外存的哪些就緒進(jìn)程重新調(diào)入內(nèi)存。

低級調(diào)度：（最基本的調(diào)度，使用頻率最高，分時(shí)系統(tǒng)在10~100ms進(jìn)行一次進(jìn)程調(diào)度） 又稱為進(jìn)程調(diào)度或短程調(diào)度 調(diào)度對象：進(jìn)程（或內(nèi)核級線程） 功能：根據(jù)某種算法，決定哪個(gè)進(jìn)程獲得處理機(jī)，并由分派程序?qū)⑻幚頇C(jī)分配給被選中的進(jìn)程

2.處理機(jī)調(diào)度算法目標(biāo)

處理機(jī)調(diào)度算法的共同目標(biāo)
（1）資源利用率 CPU的利用率： （2）公平性：讓所有進(jìn)程獲得合理的CPU時(shí)間，盡量不產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象
（3）平衡性
（4）策略強(qiáng)制執(zhí)行

批處理系統(tǒng)的目標(biāo)
（1）平均周轉(zhuǎn)時(shí)間短
周轉(zhuǎn)時(shí)間=等待時(shí)間+執(zhí)行時(shí)間=完成時(shí)刻-到達(dá)時(shí)刻
平均周轉(zhuǎn)時(shí)間=各進(jìn)程周轉(zhuǎn)時(shí)間之和/進(jìn)程的個(gè)數(shù)
帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間=周轉(zhuǎn)時(shí)間/CPU提供服務(wù)的時(shí)間
（2）系統(tǒng)吞吐量高 吞吐量：單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)完成的作業(yè)數(shù)，它與批處理作業(yè)的平均長度有關(guān)
（3）處理機(jī)利用率高

分時(shí)系統(tǒng)的目標(biāo)
（1）響應(yīng)時(shí)間按快
（2）均衡性

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的目標(biāo)
（1）截止時(shí)間的保證
（2）可預(yù)測性

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二、 非搶占式調(diào)度算法

1.先來先服務(wù)調(diào)度算法（FCFS，First-Come-First-Served）

• 算法規(guī)則：按照作業(yè)/進(jìn)程到達(dá)的先后順序進(jìn)行服務(wù)
• 優(yōu)點(diǎn)：公平，實(shí)現(xiàn)簡單
• 缺點(diǎn)：帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間長，對長作業(yè)有利，短作業(yè)不利

例題詳解：（解題方式我習(xí)慣于用數(shù)軸表示，也可以畫表格，但是感覺不如數(shù)軸看著形象）

2.短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法（SJF，Short-Job-First）

• 算法規(guī)則：最短的進(jìn)程/作業(yè)優(yōu)先得到服務(wù)
• 該算法也有搶占式
• 優(yōu)點(diǎn)：減少了平均等待時(shí)間和平均周轉(zhuǎn)時(shí)間
• 缺點(diǎn)：對短作業(yè)有利，長作業(yè)不利，容易產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象；必須預(yù)知作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間；人——機(jī)無法實(shí)現(xiàn)交互；未考慮作業(yè)的緊迫程度，不能保證緊迫性作業(yè)及時(shí)得到處理。

例題詳解：

3.高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法（HRRN，Highest-Response-Ratio-Next）

- 算法規(guī)則：每次調(diào)度時(shí)先計(jì)算響應(yīng)比，選擇響應(yīng)比最高的進(jìn)行服務(wù)

• 優(yōu)點(diǎn)：避免了長作業(yè)饑餓的問題，集合了SJF和FCFS的優(yōu)點(diǎn)

響應(yīng)比大的優(yōu)先調(diào)度（不值得等待的進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度）
響應(yīng)比越小，等得越值得

例題詳解：

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三、搶占式調(diào)度算法

進(jìn)程調(diào)度的機(jī)制：（1）排隊(duì)器（2）分派器（3）上下文切換器
進(jìn)程調(diào)度方式：搶占式、非搶占式
搶占式的剝奪原則：（1）優(yōu)先權(quán)原則 （2）短進(jìn)程優(yōu)先原則 （3）時(shí)間片原則

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1.輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（時(shí)間片輪轉(zhuǎn)）

輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法：
（1）基本原理：將所有就緒進(jìn)程按FCFS排成一個(gè)就緒隊(duì)列，系統(tǒng)設(shè)置每隔一定時(shí)間便產(chǎn)生一次中斷，去激活進(jìn)程調(diào)度程序進(jìn)行調(diào)度，把CPU分配給隊(duì)首進(jìn)程，并令其執(zhí)行下一個(gè)時(shí)間片…
（2）切換機(jī)制：
a.若一個(gè)時(shí)間片尚未用完，正在運(yùn)行的進(jìn)程便已經(jīng)完成，就立即激活調(diào)度程序，將它從就緒隊(duì)列中刪除，再調(diào)度就緒隊(duì)列中隊(duì)首的進(jìn)程進(jìn)行，并啟動一個(gè)新的時(shí)間片。
b.在時(shí)間片用完時(shí)，如果進(jìn)程尚未運(yùn)行完成，調(diào)度程序?qū)阉屯途w隊(duì)列的末尾。

時(shí)間片大小的確定：
（1）時(shí)間片太小：增加系統(tǒng)的開銷
（2）時(shí)間片太大：時(shí)間片輪轉(zhuǎn)便退化為FCFS算法，無法滿足交互式用戶需求

時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法常用于分時(shí)操作系統(tǒng)，更注重“響應(yīng)時(shí)間”，因而此處不計(jì)算周轉(zhuǎn)時(shí)間

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2.優(yōu)先級調(diào)度算法

（分為搶占式和非搶占式）
優(yōu)先級類型：
（1）靜態(tài)優(yōu)先級
（2）動態(tài)優(yōu)先級

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3.多級反饋隊(duì)列調(diào)度算法

調(diào)度機(jī)制

• 首先設(shè)置多級就緒隊(duì)列
  每個(gè)就緒隊(duì)列分配不同的時(shí)間片，優(yōu)先級高的為第一隊(duì)列，時(shí)間片最小，隨著就緒隊(duì)列級別的降低，時(shí)間片逐漸增大。
• 每個(gè)進(jìn)程按照先來先服務(wù)調(diào)度算法
  一個(gè)進(jìn)程就緒后進(jìn)入第一級隊(duì)列末尾
• 當(dāng)有一個(gè)優(yōu)先級更高的進(jìn)程就緒時(shí)，可以搶占CPU，被強(qiáng)占進(jìn)程回到原來一級的就緒隊(duì)列末尾。
• 當(dāng)?shù)谝患墑e隊(duì)列空時(shí)，就去調(diào)度第二隊(duì)列，…以此類推。
• 當(dāng)時(shí)間片結(jié)束后，進(jìn)程放棄CPU，轉(zhuǎn)入下一級隊(duì)列。

多級反饋隊(duì)列示意圖：

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎勵來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机操作系统——处理机调度算法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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