常用調度算法總結

分類： 操作系統 2013-08-10 17:59 71人閱讀 評論(0) 收藏 舉報

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先來先服務隊列

最短優先優先隊列

高優先權優先調度算法

優先權調度算法的類型

高響應比優先調度算法

基于時間片的輪轉調度算法

時間片輪轉法

多級反饋隊列調度算法

電梯調度算法

調度算法是指：根據系統的資源分配策略所規定的資源分配算法，如任務A在執行完后，選擇哪個任務來執行，使得某個因素（如進程總執行時間，或者磁盤尋道時間等）最小。對于不同的系統目標，通常采用不同的調度算法。
幾個常用的操作系統進程調度算法。

1 先來先服務（隊列）

先來先服務(FCFS)調度算法是一種最簡單的調度算法，該算法既可用于作業調度，也可用于進程調度。當在作業調度中采用該算法時，每次調度都是從后備作業隊列中選擇一個或多個最先進入該隊列的作業，將它們調入內存，為它們分配資源、創建進程，然后放入就緒隊列。在進程調度中采用FCFS算法時，則每次調度是從就緒隊列中選擇一個最先進入該隊列的進程，為之分配處理機，使之投入運行。該進程一直運行到完成或發生某事件而阻塞后才放棄處理機。
缺點：比較有利于長作業，而不利于短作業。 有利于CPU繁忙的作業，而不利于I/O繁忙的作業。

2 最短優先（優先隊列）

最短優先調度算法是指對短作業或短進程優先調度的算法。它們可以分別用于作業調度和進程調度。短作業優先(SJF)的調度算法是從后備隊列中選擇一個或若干個估計運行時間最短的作業，將它們調入內存運行。而短進程優先(SPF)調度算法則是從就緒隊列中選出一個估計運行時間最短的進程，將處理機分配給它，使它立即執行并一直執行到完成，或發生某事件而被阻塞放棄處理機時再重新調度。
缺點：長作業的運行得不到保證。

2 高優先權優先調度算法

2.1 優先權調度算法的類型

為了照顧緊迫型作業，使之在進入系統后便獲得優先處理，引入了最高優先權優先(FPF)調度算法。此算法常被用于批處理系統中，作為作業調度算法，也作為多種操作系統中的進程調度算法，還可用于實時系統中。當把該算法用于作業調度時，系統將從后備隊列中選擇若干個優先權最高的作業裝入內存。當用于進程調度時，該算法是把處理機分配給就緒隊列中優先權最高的進程，這時，又可進一步把該算法分成如下兩種。
1) 非搶占式優先權算法
在這種方式下，系統一旦把處理機分配給就緒隊列中優先權最高的進程后，該進程便一直執行下去，直至完成；或因發生某事件使該進程放棄處理機時，系統方可再將處理機重新分配給另一優先權最高的進程。這種調度算法主要用于批處理系統中；也可用于某些對實時性要求不嚴的實時系統中。
2) 搶占式優先權調度算法
在這種方式下，系統同樣是把處理機分配給優先權最高的進程，使之執行。但在其執行期間，只要又出現了另一個其優先權更高的進程，進程調度程序就立即停止當前進程(原優先權最高的進程)的執行，重新將處理機分配給新到的優先權最高的進程。因此，在采用這種調度算法時，是每當系統中出現一個新的就緒進程i 時，就將其優先權Pi與正在執行的進程j 的優先權Pj進行比較。如果Pi≤Pj，原進程Pj便繼續執行；但如果是Pi>Pj，則立即停止Pj的執行，做進程切換，使i 進程投入執行。顯然，這種搶占式的優先權調度算法能更好地滿足緊迫作業的要求，故而常用于要求比較嚴格的實時系統中，以及對性能要求較高的批處理和分時系統中。

2.2 高響應比優先調度算法

在批處理系統中，短作業優先算法是一種比較好的算法，其主要的不足之處是長作業的運行得不到保證。如果我們能為每個作業引入前面所述的動態優先權，并使作業的優先級隨著等待時間的增加而以速率a 提高，則長作業在等待一定的時間后，必然有機會分配到處理機。該優先權的變化規律可描述為：

由于等待時間與服務時間之和就是系統對該作業的響應時間，故該優先權又相當于響應比RP。據此，又可表示為：

由上式可以看出：
(1) 如果作業的等待時間相同，則要求服務的時間愈短，其優先權愈高，因而該算法有利于短作業。
(2) 當要求服務的時間相同時，作業的優先權決定于其等待時間，等待時間愈長，其優先權愈高，因而它實現的是先來先服務。
(3) 對于長作業，作業的優先級可以隨等待時間的增加而提高，當其等待時間足夠長時，其優先級便可升到很高，從而也可獲得處理機。
簡言之，該算法既照顧了短作業，又考慮了作業到達的先后次序，不會使長作業長期得不到服務。因此，該算法實現了一種較好的折衷。當然，在利用該算法時，每要進行調度之前，都須先做響應比的計算，這會增加系統開銷。

3 基于時間片的輪轉調度算法

3.1 時間片輪轉法

在早期的時間片輪轉法中，系統將所有的就緒進程按先來先服務的原則排成一個隊列，每次調度時，把CPU 分配給隊首進程，并令其執行一個時間片。時間片的大小從幾ms 到幾百ms。當執行的時間片用完時，由一個計時器發出時鐘中斷請求，調度程序便據此信號來停止該進程的執行，并將它送往就緒隊列的末尾；然后，再把處理機分配給就緒隊列中新的隊首進程，同時也讓它執行一個時間片。這樣就可以保證就緒隊列中的所有進程在一給定的時間內均能獲得一時間片的處理機執行時間。換言之，系統能在給定的時間內響應所有用戶的請求。

3.2 多級反饋隊列調度算法

前面介紹的各種用作進程調度的算法都有一定的局限性。如短進程優先的調度算法，僅照顧了短進程而忽略了長進程，而且如果并未指明進程的長度，則短進程優先和基于進程長度的搶占式調度算法都將無法使用。而多級反饋隊列調度算法則不必事先知道各種進程所需的執行時間，而且還可以滿足各種類型進程的需要，因而它是目前被公認的一種較好的進程調度算法。在采用多級反饋隊列調度算法的系統中，調度算法的實施過程如下所述。
(1) 應設置多個就緒隊列，并為各個隊列賦予不同的優先級。第一個隊列的優先級最高，第二個隊列次之，其余各隊列的優先權逐個降低。該算法賦予各個隊列中進程執行時間片的大小也各不相同，在優先權愈高的隊列中，為每個進程所規定的執行時間片就愈小。例如，第二個隊列的時間片要比第一個隊列的時間片長一倍，……，第i+1個隊列的時間片要比第i個隊列的時間片長一倍。
(2) 當一個新進程進入內存后，首先將它放入第一隊列的末尾，按FCFS原則排隊等待調度。當輪到該進程執行時，如它能在該時間片內完成，便可準備撤離系統；如果它在一個時間片結束時尚未完成，調度程序便將該進程轉入第二隊列的末尾，再同樣地按FCFS原則等待調度執行；如果它在第二隊列中運行一個時間片后仍未完成，再依次將它放入第三隊列，……，如此下去，當一個長作業(進程)從第一隊列依次降到第n隊列后，在第n 隊列便采取按時間片輪轉的方式運行。
(3) 僅當第一隊列空閑時，調度程序才調度第二隊列中的進程運行；僅當第1～(i-1)隊列均空時，才會調度第i隊列中的進程運行。如果處理機正在第i隊列中為某進程服務時，又有新進程進入優先權較高的隊列(第1～(i-1)中的任何一個隊列)，則此時新進程將搶占正在運行進程的處理機，即由調度程序把正在運行的進程放回到第i隊列的末尾，把處理機分配給新到的高優先權進程。

4 電梯調度算法

高層建筑中電梯請求不斷地到來，控制電梯的計算機能夠很容易地跟蹤顧客按下請求的順序。如果使用先來先服務算法調度，同時如果電梯負載很重，那么大部分時間電梯將停留在電梯的中部區域，而電梯兩端區域的請求將不得不等待，直到負載中的統計波動使得中部區域沒有請求位置，這樣導致遠離中部區域的請求得到的服務很差。因此獲得最小響應時間的目標和公平性之間存在著沖突。
大多數電梯使用電梯算法來協調效率和公平性這兩個相互沖突的目標。電梯算法電梯保持按一個方向移動，直到在那個方向上沒有請求位置，然后改變方向。
電梯算法(elevation algorithm)需要軟件維護一個二進制位，即當前方向位：向上(up)或向下(down)。當一個請求處理完成之后，電梯的驅動程序檢查該位，如果是up，電梯移至下一個更高的未完成的請求。如果更高的位置沒有未完成的請求，則方向位取反。當方向位設置為down時，同時存在一個低位置的請求，則移向該位置。

現在我們明白了，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。電梯會停5樓，但它是為上召服務的，所以下召燈還會保持點亮。然后啟動向上，直到服務完上行的所有請求。轉下行，到五樓時還是會停。這時是服務5樓下召的。

電梯處理請求規則：
電梯有移動方向，各樓層的請求有請求方向，這里維護一個請求表（記錄請求ID，請求方向，該請求的停靠樓層）。因為電梯會按照移動方向移動，直到該方向沒有請求（請求包括請求ID和停靠樓層的請求），所以不會根據請求方向突然改變電梯的移動方向。因此，電梯在移動過程中只處理與“電梯移動方向”相同的“請求方向”的請求。如電梯向下移動，只處理向下的請求，且該請求的方向也向下（停靠樓層請求無方向）。

具體算法過程舉例如下：

操作系統中的磁盤壁調度算法（讀寫一個磁盤塊需要的時間主要因素是尋道時間：將磁盤臂移動到適當的柱面所需的時間）也運用了電梯算法。

轉載于:https://www.cnblogs.com/wanghuaijun/p/6937463.html

總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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