(学习笔记-调度算法)进程调度算法

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进程调度算法也称 CPU 调度算法,毕竟进程是由 CPU 调度的。

当 CPU 空闲时,操作系统就选择内存中标的某个 [就绪状态] 的进程,将其分配给 CPU。

什么时候会发生CPU调度呢?通常有以下情况:

  1. 当进程从运行状态转换到等待状态
  2. 当进程从运行状态转换到就绪状态
  3. 当进程从等待状态转换到就绪状态
  4. 当进程从运行状态转换到终止状态

其中发生在 1 和 4 两种情况下的调度称为 [非抢占式调度] , 2 和 3 两种情况下发生的调度称为 [抢占式调度]。

非抢占式的意思是,当进程正在运行时,它就会一直运行,直到该进程完成或发生某个事件而被阻塞时,才会把 CPU 让给其他进程。

抢占式调度,顾名思义就是进程正在运行的时候,可以被打断,使其把 CPU 让给其他进程。那抢占的原则一般有三种,分别是时间片原则,优先权原则,短作业优先原则。

调度算法影响的是等待时间(进程在就绪队列中等待调度的时间总和),而不能影响进程真在使用的 CPU 时间和 I/O 时间。

常见的调度算法:

  • 先来先服务算法
  • 最短作业优先调度
  • 高响应比优先调度
  • 时间片轮转调度
  • 最高优先级调度
  • 多级反馈队列调度

先来先服务调度算法

最简单的一个调度算法,就是非抢占式的先来先服务(FCFS)算法。

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 先来先服务:每次从就绪队列选择最先进入队列的进程,然后一直运行,直到进程退出或被阻塞,才会继续从队列中选择第一个进程接着运行。

这似乎很公平,但是当一个长作业先运行了,那么后面的短作业等待的时间就会很长,不利于短作业。

FCFS对长作业有利,适用于CPU繁忙型作业的系统,而不适用于 I/O 繁忙型作业的系统。


最短作业优先调度算法

最短作业优先(SJF)调度算法同样也是顾名思义,它会优先选择运行时间最短的进程来运行,这有助于提高系统的吞吐量。

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这显然对长作业不利,很容易造成一种极端现象。

比如,一个长作业在就绪队列等待运行,而这个就绪队列有非常多的短作业,那么就会使得长作业不断地往后推,周转时间变长,致使长作业长期不会被运行。


高响应比优先调度算法

前面的 [先来先服务调度算法] 和 [最短作业优先调度算法] 都没有很好的权衡短作业和长作业。

那么。高响应比优先(HRRN)调度算法主要是权衡了短作业和长作业。

每次进行进程调度时,先计算 [响应比优先级],然后把 [响应比优先级] 最高的进程投入运行,[响应比优先级] 的计算公式:

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从上面的公式可以发现:

  • 如果两个进程的 [等待时间] 相同时, [要求服务时间] 越短,[响应比] 就越高,这样短作业的进程容易被选中运行
  • 如果两个进程 [要求服务时间] 相同时,[等待时间] 越长,[响应比] 就越高,这就兼顾到了长作业进程,因为进程的响应比可以随时间等待的增加而提高,当其等待时间足够长时,其响应比便可以升到很高,从而获得运行的机会

时间片轮转调度算法

最古老、最简单、最公平且使用最广泛的算法就是时间片轮转(RR)调度算法

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每个进程被分配一个时间段,称为时间片,即允许该进程在该时间段中运行

  • 如果时间片用完,进程还在运行,那么将会把此进程从CPU释放出来,并把 CPU分配另外一个进程
  • 如果该进程在时间片结束前阻塞或结束,则 CPU 立即进行切换

另外。时间片的长度就是一个很关键的点:

  • 如果时间片设的太短会导致过多的进程上下文切换,降低了 CPU 效率
  • 如果设的太长又可能引起对短作业进程的响应时间变长,通常将时间片设置为 20ms-50ms 是一个比较合理的折中值。

最高优先级调度算法

前面的 [时间片轮转算法] 做了一个假设,即让所有的进程同等重要,也不偏袒谁,大家的运行时间都一样。

但是对于多用户计算机系统就有不同的看法了,它们希望调度是有优先级的,即希望调度程序能从就绪队列中选择最高优先级的进程进行运行,这称为最高优先级(HPF)调度算法

进程的优先级可以分为,静态优先级或动态优先级:

  • 静态优先级:创建进程时候,就已经确定优先级了,然后整个运行时间优先级都不会变化;
  • 动态优先级:根据进程的动态变化调整优先级,比如如果进程运行时间增加,则降低其优先级,如果进程等待时间(就绪队列的等待时间)增加,则升高其优先级,也就是随着时间的推移增加等待进程的优先级

该算法也有两种处理优先级高的方法,非抢占式和抢占式:

  • 非抢占式:当就绪队列中出现优先级高的进程,运行完当前进程,再选择优先级高的进程。
  • 抢占式:当就绪队列中出现优先级高的进程,当前进程挂起,调度优先级高的进程运行。

但是依然有缺点,可能会导致低优先级的进程永远不会运行。


多级反馈队列调度算法

多级反馈队列(MFQ)调度算法是 [时间片轮转算法] 和 [最高优先级算法] 的综合和发展。

顾名思义:

  • [多级] 表示有多个队列,每个队列优先级从高到低,同时优先级越高时间片越短
  • [反馈] 表示如果有新的进程加入优先级高的队列时,立刻停止当前正在运行的进程,转而去运行优先级高的队列

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 工作方式:

  • 设置多个队列,赋予每个队列不同的优先级,每个队列优先级从高到低,同时优先级越高时间片越短
  • 新的进程会被放入到第一级队列的末尾,按先来先服务的原则排队等待被调度,如果在第一级队列规定的时间片没运行完成,则将其装入到第二级队列的末尾,以此类推,直至完成
  • 当较高优先级的队列为空,才调度较低优先级的队列中的进程运行。如果进程运行时,有新的进程进入较高优先级的队列,则停止当前运行的进程并将其移入到原队列末尾,接着让较高优先级的进程运行

可以发现,对于短作业可能可以在第一级队列很快被处理完。对于长作业,如果在第一级队列处理不完,可以移入下次队列等待被执行,虽然等待的时间变长了,但是运行时间也会变长,所以该算法很好的兼顾了长短作业,同时有较好的响应时间文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-665606.html


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