常用調(diào)度算法總結(jié)

分類： 操作系統(tǒng) 2013-08-10 17:59 71人閱讀 評(píng)論(0) 收藏 舉報(bào)

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先來(lái)先服務(wù)隊(duì)列

最短優(yōu)先優(yōu)先隊(duì)列

高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度算法

優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法的類型

高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法

基于時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法

時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法

多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法

電梯調(diào)度算法

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，如任務(wù)A在執(zhí)行完后，選擇哪個(gè)任務(wù)來(lái)執(zhí)行，使得某個(gè)因素（如進(jìn)程總執(zhí)行時(shí)間，或者磁盤尋道時(shí)間等）最小。對(duì)于不同的系統(tǒng)目標(biāo)，通常采用不同的調(diào)度算法。
幾個(gè)常用的操作系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)度算法。

1 先來(lái)先服務(wù)（隊(duì)列）

先來(lái)先服務(wù)(FCFS)調(diào)度算法是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)度算法，該算法既可用于作業(yè)調(diào)度，也可用于進(jìn)程調(diào)度。當(dāng)在作業(yè)調(diào)度中采用該算法時(shí)，每次調(diào)度都是從后備作業(yè)隊(duì)列中選擇一個(gè)或多個(gè)最先進(jìn)入該隊(duì)列的作業(yè)，將它們調(diào)入內(nèi)存，為它們分配資源、創(chuàng)建進(jìn)程，然后放入就緒隊(duì)列。在進(jìn)程調(diào)度中采用FCFS算法時(shí)，則每次調(diào)度是從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)最先進(jìn)入該隊(duì)列的進(jìn)程，為之分配處理機(jī)，使之投入運(yùn)行。該進(jìn)程一直運(yùn)行到完成或發(fā)生某事件而阻塞后才放棄處理機(jī)。
缺點(diǎn)：比較有利于長(zhǎng)作業(yè)，而不利于短作業(yè)。 有利于CPU繁忙的作業(yè)，而不利于I/O繁忙的作業(yè)。

2 最短優(yōu)先（優(yōu)先隊(duì)列）

最短優(yōu)先調(diào)度算法是指對(duì)短作業(yè)或短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度的算法。它們可以分別用于作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度。短作業(yè)優(yōu)先(SJF)的調(diào)度算法是從后備隊(duì)列中選擇一個(gè)或若干個(gè)估計(jì)運(yùn)行時(shí)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)列中選出一個(gè)估計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的進(jìn)程，將處理機(jī)分配給它，使它立即執(zhí)行并一直執(zhí)行到完成，或發(fā)生某事件而被阻塞放棄處理機(jī)時(shí)再重新調(diào)度。
缺點(diǎn)：長(zhǎng)作業(yè)的運(yùn)行得不到保證。

2 高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度算法

2.1 優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法的類型

為了照顧緊迫型作業(yè)，使之在進(jìn)入系統(tǒng)后便獲得優(yōu)先處理，引入了最高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先(FPF)調(diào)度算法。此算法常被用于批處理系統(tǒng)中，作為作業(yè)調(diào)度算法，也作為多種操作系統(tǒng)中的進(jìn)程調(diào)度算法，還可用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。當(dāng)把該算法用于作業(yè)調(diào)度時(shí)，系統(tǒng)將從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)優(yōu)先權(quán)最高的作業(yè)裝入內(nèi)存。當(dāng)用于進(jìn)程調(diào)度時(shí)，該算法是把處理機(jī)分配給就緒隊(duì)列中優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程，這時(shí)，又可進(jìn)一步把該算法分成如下兩種。
1) 非搶占式優(yōu)先權(quán)算法
在這種方式下，系統(tǒng)一旦把處理機(jī)分配給就緒隊(duì)列中優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程后，該進(jìn)程便一直執(zhí)行下去，直至完成；或因發(fā)生某事件使該進(jìn)程放棄處理機(jī)時(shí)，系統(tǒng)方可再將處理機(jī)重新分配給另一優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程。這種調(diào)度算法主要用于批處理系統(tǒng)中；也可用于某些對(duì)實(shí)時(shí)性要求不嚴(yán)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。
2) 搶占式優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法
在這種方式下，系統(tǒng)同樣是把處理機(jī)分配給優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程，使之執(zhí)行。但在其執(zhí)行期間，只要又出現(xiàn)了另一個(gè)其優(yōu)先權(quán)更高的進(jìn)程，進(jìn)程調(diào)度程序就立即停止當(dāng)前進(jìn)程(原優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程)的執(zhí)行，重新將處理機(jī)分配給新到的優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程。因此，在采用這種調(diào)度算法時(shí)，是每當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)一個(gè)新的就緒進(jìn)程i 時(shí)，就將其優(yōu)先權(quán)Pi與正在執(zhí)行的進(jìn)程j 的優(yōu)先權(quán)Pj進(jìn)行比較。如果Pi≤Pj，原進(jìn)程Pj便繼續(xù)執(zhí)行；但如果是Pi>Pj，則立即停止Pj的執(zhí)行，做進(jìn)程切換，使i 進(jìn)程投入執(zhí)行。顯然，這種搶占式的優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法能更好地滿足緊迫作業(yè)的要求，故而常用于要求比較嚴(yán)格的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，以及對(duì)性能要求較高的批處理和分時(shí)系統(tǒng)中。

2.2 高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法

在批處理系統(tǒng)中，短作業(yè)優(yōu)先算法是一種比較好的算法，其主要的不足之處是長(zhǎng)作業(yè)的運(yùn)行得不到保證。如果我們能為每個(gè)作業(yè)引入前面所述的動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)，并使作業(yè)的優(yōu)先級(jí)隨著等待時(shí)間的增加而以速率a 提高，則長(zhǎng)作業(yè)在等待一定的時(shí)間后，必然有機(jī)會(huì)分配到處理機(jī)。該優(yōu)先權(quán)的變化規(guī)律可描述為：

由于等待時(shí)間與服務(wù)時(shí)間之和就是系統(tǒng)對(duì)該作業(yè)的響應(yīng)時(shí)間，故該優(yōu)先權(quán)又相當(dāng)于響應(yīng)比RP。據(jù)此，又可表示為：

由上式可以看出：
(1) 如果作業(yè)的等待時(shí)間相同，則要求服務(wù)的時(shí)間愈短，其優(yōu)先權(quán)愈高，因而該算法有利于短作業(yè)。
(2) 當(dāng)要求服務(wù)的時(shí)間相同時(shí)，作業(yè)的優(yōu)先權(quán)決定于其等待時(shí)間，等待時(shí)間愈長(zhǎng)，其優(yōu)先權(quán)愈高，因而它實(shí)現(xiàn)的是先來(lái)先服務(wù)。
(3) 對(duì)于長(zhǎng)作業(yè)，作業(yè)的優(yōu)先級(jí)可以隨等待時(shí)間的增加而提高，當(dāng)其等待時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，其優(yōu)先級(jí)便可升到很高，從而也可獲得處理機(jī)。
簡(jiǎn)言之，該算法既照顧了短作業(yè)，又考慮了作業(yè)到達(dá)的先后次序，不會(huì)使長(zhǎng)作業(yè)長(zhǎng)期得不到服務(wù)。因此，該算法實(shí)現(xiàn)了一種較好的折衷。當(dāng)然，在利用該算法時(shí)，每要進(jìn)行調(diào)度之前，都須先做響應(yīng)比的計(jì)算，這會(huì)增加系統(tǒng)開(kāi)銷。

3 基于時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法

3.1 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法

在早期的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法中，系統(tǒng)將所有的就緒進(jìn)程按先來(lái)先服務(wù)的原則排成一個(gè)隊(duì)列，每次調(diào)度時(shí)，把CPU 分配給隊(duì)首進(jìn)程，并令其執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片。時(shí)間片的大小從幾ms 到幾百ms。當(dāng)執(zhí)行的時(shí)間片用完時(shí)，由一個(gè)計(jì)時(shí)器發(fā)出時(shí)鐘中斷請(qǐng)求，調(diào)度程序便據(jù)此信號(hào)來(lái)停止該進(jìn)程的執(zhí)行，并將它送往就緒隊(duì)列的末尾；然后，再把處理機(jī)分配給就緒隊(duì)列中新的隊(duì)首進(jìn)程，同時(shí)也讓它執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片。這樣就可以保證就緒隊(duì)列中的所有進(jìn)程在一給定的時(shí)間內(nèi)均能獲得一時(shí)間片的處理機(jī)執(zhí)行時(shí)間。換言之，系統(tǒng)能在給定的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)所有用戶的請(qǐng)求。

3.2 多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法

前面介紹的各種用作進(jìn)程調(diào)度的算法都有一定的局限性。如短進(jìn)程優(yōu)先的調(diào)度算法，僅照顧了短進(jìn)程而忽略了長(zhǎng)進(jìn)程，而且如果并未指明進(jìn)程的長(zhǎng)度，則短進(jìn)程優(yōu)先和基于進(jìn)程長(zhǎng)度的搶占式調(diào)度算法都將無(wú)法使用。而多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法則不必事先知道各種進(jìn)程所需的執(zhí)行時(shí)間，而且還可以滿足各種類型進(jìn)程的需要，因而它是目前被公認(rèn)的一種較好的進(jìn)程調(diào)度算法。在采用多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法的系統(tǒng)中，調(diào)度算法的實(shí)施過(guò)程如下所述。
(1) 應(yīng)設(shè)置多個(gè)就緒隊(duì)列，并為各個(gè)隊(duì)列賦予不同的優(yōu)先級(jí)。第一個(gè)隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)最高，第二個(gè)隊(duì)列次之，其余各隊(duì)列的優(yōu)先權(quán)逐個(gè)降低。該算法賦予各個(gè)隊(duì)列中進(jìn)程執(zhí)行時(shí)間片的大小也各不相同，在優(yōu)先權(quán)愈高的隊(duì)列中，為每個(gè)進(jìn)程所規(guī)定的執(zhí)行時(shí)間片就愈小。例如，第二個(gè)隊(duì)列的時(shí)間片要比第一個(gè)隊(duì)列的時(shí)間片長(zhǎng)一倍，……，第i+1個(gè)隊(duì)列的時(shí)間片要比第i個(gè)隊(duì)列的時(shí)間片長(zhǎng)一倍。
(2) 當(dāng)一個(gè)新進(jìn)程進(jìn)入內(nèi)存后，首先將它放入第一隊(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(shí)，如它能在該時(shí)間片內(nèi)完成，便可準(zhǔn)備撤離系統(tǒng)；如果它在一個(gè)時(shí)間片結(jié)束時(shí)尚未完成，調(diào)度程序便將該進(jìn)程轉(zhuǎn)入第二隊(duì)列的末尾，再同樣地按FCFS原則等待調(diào)度執(zhí)行；如果它在第二隊(duì)列中運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片后仍未完成，再依次將它放入第三隊(duì)列，……，如此下去，當(dāng)一個(gè)長(zhǎng)作業(yè)(進(jìn)程)從第一隊(duì)列依次降到第n隊(duì)列后，在第n 隊(duì)列便采取按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式運(yùn)行。
(3) 僅當(dāng)?shù)谝魂?duì)列空閑時(shí)，調(diào)度程序才調(diào)度第二隊(duì)列中的進(jìn)程運(yùn)行；僅當(dāng)?shù)?～(i-1)隊(duì)列均空時(shí)，才會(huì)調(diào)度第i隊(duì)列中的進(jìn)程運(yùn)行。如果處理機(jī)正在第i隊(duì)列中為某進(jìn)程服務(wù)時(shí)，又有新進(jìn)程進(jìn)入優(yōu)先權(quán)較高的隊(duì)列(第1～(i-1)中的任何一個(gè)隊(duì)列)，則此時(shí)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隊(duì)列的末尾，把處理機(jī)分配給新到的高優(yōu)先權(quán)進(jìn)程。

4 電梯調(diào)度算法

高層建筑中電梯請(qǐng)求不斷地到來(lái)，控制電梯的計(jì)算機(jī)能夠很容易地跟蹤顧客按下請(qǐng)求的順序。如果使用先來(lái)先服務(wù)算法調(diào)度，同時(shí)如果電梯負(fù)載很重，那么大部分時(shí)間電梯將停留在電梯的中部區(qū)域，而電梯兩端區(qū)域的請(qǐng)求將不得不等待，直到負(fù)載中的統(tǒng)計(jì)波動(dòng)使得中部區(qū)域沒(méi)有請(qǐng)求位置，這樣導(dǎo)致遠(yuǎn)離中部區(qū)域的請(qǐng)求得到的服務(wù)很差。因此獲得最小響應(yīng)時(shí)間的目標(biāo)和公平性之間存在著沖突。
大多數(shù)電梯使用電梯算法來(lái)協(xié)調(diào)效率和公平性這兩個(gè)相互沖突的目標(biāo)。電梯算法電梯保持按一個(gè)方向移動(dòng)，直到在那個(gè)方向上沒(méi)有請(qǐng)求位置，然后改變方向。
電梯算法(elevation algorithm)需要軟件維護(hù)一個(gè)二進(jìn)制位，即當(dāng)前方向位：向上(up)或向下(down)。當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求處理完成之后，電梯的驅(qū)動(dòng)程序檢查該位，如果是up，電梯移至下一個(gè)更高的未完成的請(qǐng)求。如果更高的位置沒(méi)有未完成的請(qǐng)求，則方向位取反。當(dāng)方向位設(shè)置為down時(shí)，同時(shí)存在一個(gè)低位置的請(qǐng)求，則移向該位置。

現(xiàn)在我們明白了，電梯的上下箭頭按鈕是為了告訴電梯你想向上還是向下去），而不是讓電梯向上還是向下。

舉例：電梯在上行，5樓有上召和下召。電梯會(huì)停5樓，但它是為上召服務(wù)的，所以下召燈還會(huì)保持點(diǎn)亮。然后啟動(dòng)向上，直到服務(wù)完上行的所有請(qǐng)求。轉(zhuǎn)下行，到五樓時(shí)還是會(huì)停。這時(shí)是服務(wù)5樓下召的。

電梯處理請(qǐng)求規(guī)則：
電梯有移動(dòng)方向，各樓層的請(qǐng)求有請(qǐng)求方向，這里維護(hù)一個(gè)請(qǐng)求表（記錄請(qǐng)求ID，請(qǐng)求方向，該請(qǐng)求的?？繕菍?#xff09;。因?yàn)殡娞輹?huì)按照移動(dòng)方向移動(dòng)，直到該方向沒(méi)有請(qǐng)求（請(qǐng)求包括請(qǐng)求ID和?？繕菍拥恼?qǐng)求），所以不會(huì)根據(jù)請(qǐng)求方向突然改變電梯的移動(dòng)方向。因此，電梯在移動(dòng)過(guò)程中只處理與“電梯移動(dòng)方向”相同的“請(qǐng)求方向”的請(qǐng)求。如電梯向下移動(dòng)，只處理向下的請(qǐng)求，且該請(qǐng)求的方向也向下（?？繕菍诱?qǐng)求無(wú)方向）。

具體算法過(guò)程舉例如下：

操作系統(tǒng)中的磁盤壁調(diào)度算法（讀寫一個(gè)磁盤塊需要的時(shí)間主要因素是尋道時(shí)間：將磁盤臂移動(dòng)到適當(dāng)?shù)闹嫠璧臅r(shí)間）也運(yùn)用了電梯算法。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的常用调度算法总结的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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