2.1.9 調(diào)度算法

知識總覽

學(xué)習(xí)各種調(diào)度算法的思路

• 算法思想
• 算法規(guī)則
• 這種調(diào)度算法是用于作業(yè)調(diào)度還是進程調(diào)度？
• 搶占式或是非搶占式
• 優(yōu)點和缺點
• 是否會導(dǎo)致饑餓（某進程/作業(yè)長期得不到服務(wù)）

2.1.9.1 先來先服務(wù)

知識點說明

英文名	FCFS，即First Come First Serve
算法思想	主要從公平的角度來考慮，類似于我們生活上排隊買東西的例子
用于進程/作業(yè)調(diào)度	用于作業(yè)調(diào)度時，考慮的是哪個作業(yè)先到達后備隊列；用于進程調(diào)度時，考慮的是哪個進程先到達就緒隊列
是否可搶占？	非搶占式算法
優(yōu)缺點	優(yōu)點：公平、算法實現(xiàn)簡單；缺點：排在長作業(yè)后面的短作業(yè)需要等待很長時間，帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間很大，對短作業(yè)來說用戶體驗不好。
是否會導(dǎo)致饑餓	否

例題：各進程到達就緒隊列的時間、需要的運行時間如下表所示。使用先來先服務(wù)調(diào)度算法，計算各進程的等待時間、平均等待時間、周轉(zhuǎn)時間、平均周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間、平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。

周轉(zhuǎn)時間 = 完成時間-到達時間

P1 = 7-0 = 7 ; P2 = 11- 2 = 9 ; P3 = 12-4 = 8 ; P4 = 16-5 =11

帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 = 周轉(zhuǎn)時間/運行時間

P1 = 7/7 = 1；P2 = 9/4 = 2.25 ; P3 = 8/1 = 8 ; P4 = 11/4 = 2.75

等待時間 = 周轉(zhuǎn)時間-運行時間

P1 = 7-7 = 0 ；P2 = 9-4 = 5 ; P3 = 8-1 = 7 ; P4 = 11-4 = 7

這里需要注意的是，本例中的進程都是純計算型的過程，一個進程到達后要么在等待，要么在運行。如果是又有計算、又有I/O操作的過程，其等待時間就是周轉(zhuǎn)時間-運行時間-I/O操作的時間。

平均周轉(zhuǎn)時間 = (7+9+8+11)/4 = 8.75

平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 = (1+2.25+8+2.75)/4 = 3.5

平均等待時間 = (0+5+7+7)/4 = 4.75

2.1.9.2 短作業(yè)優(yōu)先

知識點說明

英文名	SJF，即Shortest Job First
算法思想	追求最少的平均等待時間，最少的平均周轉(zhuǎn)時間、最少的平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。
用于進程/作業(yè)調(diào)度	既可用于作業(yè)調(diào)度，也可用于進程調(diào)度。用于進程調(diào)度時被稱為“短作業(yè)優(yōu)先(SPF)算法”
是否可搶占？	SJF和SPF是非搶占式的算法。但是也有搶占式的版本——最短剩余時間優(yōu)先算法（SRTN，Shortest Remaining Time Next）
優(yōu)缺點	優(yōu)點：“最短的”平均等待時間、平均周轉(zhuǎn)時間。缺點：不公平。對短作業(yè)有利，對長作業(yè)不利。可能產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象。另外，作業(yè)/進程的運行時間是由用戶提供的，并不一定真實，不一定能做到真正的短作業(yè)優(yōu)先
是否會導(dǎo)致饑餓	會。如果源源不斷地有短作業(yè)/進程到來，可能使長作業(yè)/進程長時間得不到服務(wù)，產(chǎn)生“餓死”現(xiàn)象。

例題：各進程到達就緒隊列的時間、需要的運行時間如下表所示。使用非搶占式的短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法，計算各進程的等待時間、平均等待時間、周轉(zhuǎn)時間、平均周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間、平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。

相比于FCFS算法，顯然SPF算法的平均等待/周轉(zhuǎn)/帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間都要更低。

例題：各進程到達就緒隊列的時間、需要的運行時間如下表所示。使用搶占式的短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法，計算各進程的等待時間、平均等待時間、周轉(zhuǎn)時間、平均周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間、平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。

注：搶占式的短作業(yè)優(yōu)先算法又稱為最短剩余時間優(yōu)先算法(SRTN)。

相比于前兩個算法，這個算法的指標(biāo)更低。

經(jīng)過上面的學(xué)習(xí)，我們可以知道一些知識。但是由于教材的不一，我們還有幾個小細(xì)節(jié)需要注意：

• 如果題目中沒有特別說明，所提到的“短作業(yè)/進程優(yōu)先算法”默認(rèn)是非搶占式的。
• 很多書上都會說“SJF調(diào)度算法的平均等待時間、平均周轉(zhuǎn)時間最少”。嚴(yán)格來說這個表述的錯誤的，不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹＝?jīng)過上面的學(xué)習(xí)我們可以知道最短剩余時間優(yōu)先算法所得到的指標(biāo)是最少的。如果仍然要用這里的表述，那我們可以加上前提條件：在所有進程都幾乎同時到達時，采用SJF調(diào)度算法的平均等待時間、平均周轉(zhuǎn)時間最少。
• 雖然根據(jù)上面的例子，SJF指標(biāo)比FCFS低，但是實際上并不是最少，因為SRTN更少嘛。但是這個如果在選擇題中，沒有錯誤的選項，可以選擇“SJF算法的平均等待時間、平均周轉(zhuǎn)時間最少”這個選項。

2.1.9.3 對上述兩種算法的思考

FCFS算法是在每次調(diào)度的時候選擇一個等待時間最長的作業(yè)（進程）為其服務(wù)。但是沒有考慮到作業(yè)的運行時間，因此導(dǎo)致了對短作業(yè)不友好的問題。

SJF算法是選擇一個執(zhí)行時間最短的作業(yè)為其服務(wù)。但是又完全不考慮各個作業(yè)的等待時間，因此導(dǎo)致了對長作業(yè)不友好的問題，甚至?xí)斐绅囸I問題。

那么有沒有一個算法，即考慮到各個作業(yè)的等待時間，又能兼顧運行時間呢？這就要引出來我們下面的算法了。

2.1.9.4 高響應(yīng)比優(yōu)先

知識點說明

英文名	HRRN，Highest Response Ratio Next
算法思想	在每次調(diào)度時先計算各個作業(yè)/進程的響應(yīng)比，選擇響應(yīng)比最高的作業(yè)/進程為其服務(wù)。其中響應(yīng)比的計算公式為$響應(yīng)比=\frac{等待時間+要求服務(wù)時間}{要求服務(wù)時間}$
用于進程/作業(yè)調(diào)度	既可用于作業(yè)調(diào)度，也可用于進程調(diào)度
是否可搶占？	非搶占式的算法。因此只有當(dāng)前運行的作業(yè)/進程主動放棄處理機時，才需要調(diào)度，才需要計算響應(yīng)比。
優(yōu)缺點	綜合考慮了等待時間和運行時間（要求服務(wù)時間）
是否會導(dǎo)致饑餓	不會

例題：各進程到達就緒隊列的時間、需要的運行時間如下表所示。使用高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法，計算各進程的等待時間、平均等待時間、周轉(zhuǎn)時間、平均周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間、平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。

2.1.9.5 小結(jié)

這幾種算法主要關(guān)心對用戶的公平性、平均周轉(zhuǎn)時間、平均等待時間等評價系統(tǒng)整體性能的指標(biāo)，但是不關(guān)心“響應(yīng)時間”，也并不區(qū)分任務(wù)的緊急程度，因此對于用戶來說，交互性很糟糕。因此這三種算法一般適合用于早期的批處理系統(tǒng)，當(dāng)然，FCFS算法也常結(jié)合其他的算法使用，在現(xiàn)在也扮演著很重要的角色。

在下一部分，我們會講講交互式系統(tǒng)的調(diào)度算法。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的王道操作系统考研笔记——2.1.9 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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