文章目錄

• 一：時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（RR）
• 二：優(yōu)先級調(diào)度算法（HPF）
• 三：多級反饋隊列調(diào)度算法（MFQ）
• 總結(jié)

進程調(diào)度算法也稱為CPU調(diào)度算法，操作系統(tǒng)內(nèi)存在著多種調(diào)度算法，有的調(diào)度算法適用于作業(yè)調(diào)度，有的調(diào)度算法適用于進程調(diào)度，有的兩者都適用。常見的調(diào)度算法有（本節(jié)介紹適合于分時系統(tǒng)、交互式系統(tǒng)的調(diào)度算法）：

• 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法
• 最高優(yōu)先級調(diào)度算法
• 多級反饋隊列調(diào)度算法

一：時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（RR）

算法思想：公平地、輪流地為各個進程服務(wù)，讓每個進程在一定時間間隔內(nèi)都可以得到響應(yīng)。按照各進程到達就緒隊列的順序，輪流讓各個進程執(zhí)行一個時間片(Quantum)，若進程未在一個時間片內(nèi)執(zhí)行完畢，則剝奪處理機，然后將其放入就緒隊列重新排隊

• 用于進程調(diào)度（因為只有作業(yè)放入內(nèi)存建立了相應(yīng)進程后，才能被分配處理機時間片）
• 若進程未能在時間片內(nèi)運行完畢，則會被強行剝奪，屬于搶占式算法，由時鐘裝置發(fā)出時鐘中斷通知CPU時間片已到

比如，下面有4個進程$P_1$、$P_2$、$P_3$和$P_4$，他們到達就緒隊列的到達時間和運行時間如下表所示，使用$P_n(m)$表示當前進程的剩余運行時間為$m$，

進程到達時間運行時間

$P_1$	0	5
$P_2$	2	4
$P_3$	4	1
$P_4$	5	6

假設(shè)時間片大小為2，其變化過程如下

• 在0時刻，$P_1(5)$。$P_1$到達，讓$P_1$上處理機運行一個時間片
  

• 在2時刻，有$P_2(4)$，$P_1(3)$。$P_2$到達就緒隊列，同時此時 $P_1$的時間片用完，被剝奪處理機，重新放回就緒隊列隊尾 （需要注意這種情況中默認新到達的進程先進入就緒隊列）
  

• 此時$P_2$處于就緒隊列隊頭，因此它上處理機
  

• 在4時刻，$P_1(3)$，$P_3(1)$，$P_2(2)$。$P_3$到達就緒隊列，$P_3$插入到就緒隊列隊尾，而此時$P_2$時間片也已經(jīng)到了，因此$P_2$下處理機插入到隊尾。此時$P_1$處于隊頭，因此$P_1$處理機
  

• 在5時刻，$P_3(1)$，$P_2(2)$，$P_4(6)$。$P_4$到達就緒隊列，$P_4$插入到就緒隊列隊尾。此時不進行調(diào)度，因為$P_1$還處于運行態(tài)，它的時間片還沒有用完
  

• 在6時刻，$P_3(1)$，$P_2(2)$，$P_4(6)$，$P_1(1)$。$P_1$的時間片用完，下處理機，重新放回隊尾，然后$P_3$開始運行
  

• 在7時刻，$P_2(2)$，$P_4(6)$，$P_1(1)$。雖然$P_3$的時間片還沒用完，但是它已經(jīng)結(jié)束了，所以$P_3$主動放棄處理機，$P_2$上處理機
  

• 在9時刻，$P_4(6)$，$P_1(1)$。$P_2$時間片用完，而恰好$P_2$也已經(jīng)結(jié)束，此時$P_4$上處理機
  

• 在11時刻，$P_1(1)$，$P_4(4)$。$P_1$時間片用完，放回隊尾，P1上處理機
  

• 在12時刻，$P_4(4)$。$P_1$運行完畢主動放棄處理機，$P_4$上處理機
  

• 在14時刻，就緒隊列為空，$P_4$會繼續(xù)再運行1個時間片

• 在16時刻，所有進程運行完畢

假設(shè)時間片大小為5，其變化過程如下

• 在0時刻，$P_1(5)$。$P_1$到達，讓$P_1$上處理機運行一個時間片
• 在2時刻，$P_2(4)$。$P_2$到達，但是$P_1$的時間片還未結(jié)束，暫不調(diào)度
• 在4時刻，$P_2(4)$，$P_3(1)$。$P_3$到達，但是$P_1$的時間片還未結(jié)束，暫不調(diào)度
• 在5時刻，$P_2(4)$，$P_3(1)$，$P_4(6)$。$P_4$到達，同時$P_1$運行結(jié)束，接著讓$P_2$上處理機
• 在9時刻，$P_3(1)$，$P_4(6)$。$P_4$運行結(jié)束，主動放棄處理機發(fā)生調(diào)度。讓$P_3$上處理機
• 在10時刻，$P_4(6)$。$P_3$運行結(jié)束，主動放棄處理機，發(fā)生調(diào)度。讓$P_4$上處理機
• 在15時刻。$P_4$時間片用光，且就緒隊隊列為空，故讓$P_4$繼續(xù)下一個時間片
• 在16時刻。所有進程運行結(jié)束

時間片大小的影響

• 時間片太大：使得每個進程都可以在一個時間片內(nèi)完成，此時RR算法就退化為了FCFS算法，并且會增大進程響應(yīng)時間
• 時間片太小：由于進程調(diào)度、切換是有時間代價的，因此如果時間片太小，會導(dǎo)致進程切換過于頻繁，系統(tǒng)會花大量時間來處理進程切換

優(yōu)缺點

• 優(yōu)點： 公平、響應(yīng)快
• 缺點： 由于高頻率的進程切換，因此會有一定開銷，且不能區(qū)分任務(wù)的緊急程度

是否會導(dǎo)致饑餓現(xiàn)象：不會

二：優(yōu)先級調(diào)度算法（HPF）

隨著計算機的發(fā)展，特別是實時操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，越來越多的應(yīng)用場景需要根據(jù)任務(wù)的緊急程度（優(yōu)先級） 來決定處理順序。進程的優(yōu)先級可以被劃分為

• 靜態(tài)優(yōu)先級：創(chuàng)建進程的時候，就已經(jīng)確定好了優(yōu)先級，整個運行過程優(yōu)先級都不會發(fā)生變化
• 動態(tài)優(yōu)先級：根據(jù)進程的動態(tài)變化調(diào)整優(yōu)先級（比如當進程的運行時間增加則降低其優(yōu)先級、進程等待時間增加則提高其優(yōu)先級等等）

算法思想 ：每個作業(yè)/進程都有各自的優(yōu)先級，調(diào)度時選擇優(yōu)先級最高的作業(yè)/進程

• 可用于作業(yè)調(diào)度、進程調(diào)度，甚至I/O調(diào)度
• 有搶占式（當就緒隊列中出現(xiàn)優(yōu)先級高的進程，當前進程被掛起，調(diào)度優(yōu)先級高的進程）和非搶占（當就緒隊列中出現(xiàn)優(yōu)先級高的進程，運行完當前進程，再選擇優(yōu)先級高的進程）兩種

比如，下面有4個進程$P_1$、$P_2$、$P_3$和$P_4$，他們到達就緒隊列的到達時間、運行時間及進程優(yōu)先數(shù) ，如下表所示

• 一般來說，優(yōu)先數(shù)越大，優(yōu)先級越高

進程到達時間運行時間優(yōu)先數(shù)

$P_1$	0	7	1
$P_2$	2	4	2
$P_3$	4	1	3
$P_4$	5	4	2

采用非搶占式優(yōu)先級調(diào)度算法，意味著只有進程主動放棄處理機時才發(fā)生調(diào)度，因此其過程也顯而易見

采用搶占式優(yōu)先級調(diào)度算法，除了進程主動放棄處理機時會發(fā)生調(diào)度之外，當新進程到達時（就緒隊列改變）也要考慮是否會發(fā)生調(diào)度，其變化過程如下

• 在0時刻，$P_1$到達，$P_1$上處理機
• 在2時刻，$P_2$到達，使就緒隊列發(fā)生改變，同時由于$P_2$的優(yōu)先級要高于$P_1$，因此$P_1$被剝奪回到就緒隊列，$P_2$上處理機
• 在4時刻，$P_3$到達，其優(yōu)先級高于$P_2$，因此$P_2$回到就緒隊列，$P_3$上處理機
• 在5時刻，$P_3$結(jié)束運行，主動放棄處理機，同時恰好$P_4$到達，這里$P_2$和$P_4$優(yōu)先級是一樣的，但是$P_2$要比$P_4$更早進入就緒隊列，所以$P_2$上處理機
• 在7時刻，$P_2$完成，$P_4$上處理機
• 在11時刻，$P_4$完成，$P_1$上處理機
• 在16時刻，所有進程結(jié)束運行

進程優(yōu)先級的設(shè)置原則

• 系統(tǒng)進程大于用戶進程：系統(tǒng)進程作為系統(tǒng)的管理者，理應(yīng)擁有更高的優(yōu)先級
• 交互型進程大于非交互型進程（前臺進程大于后臺進程）：類比使用手機時的前臺應(yīng)用程序和后臺應(yīng)用程序
• I/O密集型進程大于計算密集型進程：I/O密集型進程是指那些會頻繁使用I/O設(shè)備的進程；計算密集型進程是指那些頻繁使用CPU的進程。如果將I/O密集型進程設(shè)置得更高，就更有可能讓I/O設(shè)備盡早開始投入工作，進而提升系統(tǒng)的整體效率

優(yōu)缺點

• 優(yōu)點： 使用優(yōu)先級區(qū)分緊急程度、重要程度、適用于實時操作系統(tǒng)，可以靈活調(diào)整對各種作業(yè)/進程的偏好程度
• 缺點： 有可能導(dǎo)致低優(yōu)先級進程得不到運行

是否會導(dǎo)致饑餓：會

三：多級反饋隊列調(diào)度算法（MFQ）

算法思想：MFQ算法其實是RR算法和HPF算法的綜合和發(fā)展

• 多級：表示有多個隊列，每個隊列優(yōu)先級從高到低，同時優(yōu)先級越高時間片越短
• 反饋：表示如果有新的進程加入優(yōu)先級高的隊列時，立刻停止當前正在運行的進程，轉(zhuǎn)而去運行優(yōu)先級高的隊列

算法具體規(guī)則

• 設(shè)置了多個隊列，賦予每個隊列不同的優(yōu)先級，每個隊列優(yōu)先級從高到低，同時優(yōu)先級越高時間片越短
• 新的進程會被放入到第一級隊列的末尾，按FCFS算法的原則排隊等待被調(diào)度，如果在第一級隊列規(guī)定的時間片內(nèi)沒有運行完畢，則將其轉(zhuǎn)入第二級隊列的末尾，依次類推，直至完成
• 當較高優(yōu)先級的隊列為空時，才調(diào)度較低優(yōu)先級隊列中的進程。如果進程運行時，有新的進程進入較高優(yōu)先級隊列時，則停止當前運行的進程并將其移入原隊列的末尾，接著讓較高優(yōu)先級的進程運行

比如，下面有3個進程$P_1$、$P_2$和$P_3$，他們到達就緒隊列的到達時間和運行時間如下表所示

進程到達時間運行時間

$P_1$	0	8
$P_2$	1	4
$P_3$	5	1

根據(jù)“算法規(guī)則”中的敘述，建立優(yōu)先級隊列，其優(yōu)先級和時間片分配如下

整個變化過程如下

• $P_1$到達，進入第1級隊列，按FCFS算法分配時間片
  

• 第1級隊列其時間片只有1，因此1個時刻后，$P_1$時間片用完。但是其剩余時間還有7，還未運行完畢，所以會進入第2級隊列
  

• 同時在1時刻，$P_2$到達并進入第1級隊列，對于$P_1$來說，它處在第2級隊列，由于此時第1級隊列不為空，所以它不會被調(diào)度，此時先調(diào)度第1級隊列中的$P_2$
  

• $P_2$的一個時間片用完之后繼續(xù)放到第2級隊列
  

• 在2時刻沒有新的進程到來，同時對于 $P_1$和 $P_2$來說相對于它們所在的更高一級的優(yōu)先級隊列，也就是第1級隊列是空的，因此為它們分配時間片，按照FCFS原則， $P_1$被調(diào)度，時間片為2
  

• $P_1$時間片到后還沒有完成運行，因此會被放入第3級隊列
  

• 接著 $P_2$被調(diào)度
  

• 在 $P_2$運行1個時間片后，也即在5時刻 $P_3$到達并進入第1級隊列，此時更高優(yōu)先級隊列中有進程存在，所以處在處理機上的 $P_2$會被剝奪下來，仍然回到其所在的隊列隊尾，接著讓 $P_3$上處理機
  

• $P_3$運行1個時間片后結(jié)束運行
  

• 然后$P_2$繼續(xù)被調(diào)度，其剩余時間為2，所以正好運行2個時間片后結(jié)束運行
  

• 此時第1級、第2級隊列為空，因此處在第3級隊列$P_1$此時可以被調(diào)度，因此分配4個時間片
  

• 4個時間片結(jié)束之后，$P_1$剩余時間還有1，而此時它已經(jīng)處在了最下級的隊列了，因此重新放回最下級隊列隊尾即可，然后結(jié)束運行
  

從以上的敘述中大家可以感受到：

• 短作業(yè)可能可以在第一級隊列很快地被處理完
• 長作業(yè)如果第一級處理不完，可以移入下一級等待。等待時間雖然變長了，但是運行時間也會變長

多級反饋隊列的優(yōu)點

• 終端型作業(yè)用戶：短作業(yè)優(yōu)先（例如命令行輸入命令）
• 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)過前面幾個隊列得到部分執(zhí)行，不會長期得不到處理

是否會導(dǎo)致饑餓：會

---

總結(jié)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的(王道408考研操作系统)第二章进程管理-第二节4：调度算法详解2(RR、HPF和MFQ)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。