操作系统之调度算法（学习笔记）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了操作系统之调度算法（学习笔记）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

要点知识回顾

周转时间：从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔称为作业周转时间。（周转时间=作业完成时间-作业提交时间）
平均周转时间：作业周转总时间 / 作业个数（平均周转时间=（作业1周转时间+作业2周转时间+……作业n周转时间）/n）
服务时间：进程在CPU中运行的时间
带权周转时间：周转时间 / 服务时间
平均带权周转时间：带权周转总时间 / 作业个数（平均带权周转时间=（作业1带权周转时间+作业2带权周转时间……+作业n带权周转时间）/n）

先来先服务算法（FCFS）

算法思想

先来先服务算法指的是按照作业/进程到达的先后顺序进行服务的，主要从“公平”的角度考虑。用于作业调度时，考虑的是哪个作业先到达后备队列；用于进程调度时，考虑的是哪个进程先到达就绪队列，是非抢占式算法，不会导致饥饿（某进程/作业长时间得不到服务）

优缺点

优点：
公平、算法实现简单

缺点：
排在长作业（进程）后面的短作业需要等待很长时间，带权周转时间很大，对短作业来说用户体验不好，即FCFS算法对长作业有利，对短作业不利

例题

各进程到达就绪队列的时间，需要的运行时间如下表所示。使用先来先服务调度算法，计算各进程的等待时间，平均等待时间，周转时间，平均周转时间，带权周转时间，平均带权周转时间。

进程	到达时间	运行时间
P1	0	7
P2	2	4
P3	4	1
P4	5	4

先来先服务算法即是按到达的先后顺序调度。所以调度顺序为P1->P2->P3->P4
周转时间带权周转时间平均周转时间运行时间,算法,学习,c++

周转时间=完成时间-到达时间
P1=7-0=7; P2=11-2=9; P3=12-4=8; P4=16-5=11;
带权周转时间=周转时间/运行时间
P1=7/7=1;P2=9/4=2.25;P3=8/1=8;P4=11/4=2.75;
等待时间=周转时间-运行时间
P2=7-7=0;P2=9-4=5;P3=8-1=7;P4=11-4=7;
平均周转时间=作业总周转时间/作业个数
平均周转时间=（7+9+8+11）/4=8.75
平均带权周转时间=总带权周转时间/作业个数
平均带权周转时间=(1+2.25+8+2.75)/4=3.5
平均等待时间=总等待时间/作业个数
平均等待时间=（0+5+7+7）/4=4.75

ps:本例题中的进程都是纯计算型的进程，一个进程到达后要么在等待，要么在运行，如果是又有计算又有I/O操作的进程，其等待时间就是周转时间-运行时间-I/O操作的时间

短作业优先算法（SJF）

算法思想

短作业优先算法追求最少的平均等待时间，最少的平均周转时间，最少的平均带权周转时间，即让最短的作业/进程得到服务（最短为服务时间最短），既可用于作业调度，也可用于进程调度。用于进程调度时称为“短进程优先”（SPF）算法。SJF和SPF是非抢占式得算法，但是也有抢占式的版本——最短剩余时间优先法。会产生“饥饿”现象（如果源源不断的有短作业/进程到来），可能使长作业/进程长时间得不到服务，产生“饥饿”现象。如果一直得不到服务，则称为“饿死”。

优缺点

优点
“最短的”平均等待时间，平均周转时间

缺点
不公平。对短作业有利，对长作业不利。可能产生饥饿现象。另外，作业/进程的运行时间是用户提供的，并不一定真实，不一定能做到真正的短作业优先

例题1

各进程到达就绪队列的时间，需要的运行时间如下表所示。使用非抢占式的短作业优先调度算法，计算各进程的等待时间，平均等待时间，周转时间，平均周转时间，带权周转时间，平均带权周转时间。

进程	到达时间	运行时间
P1	0	7
P2	2	4
P3	4	1
P4	5	4

短作业/进程优先调度算法：每次调度时选择当前已到达且运行时间最短的作业/进程。
调度顺序为：P1->P3->P2->P4
周转时间带权周转时间平均周转时间运行时间,算法,学习,c++

周转时间=完成时间-到达时间
P1=7-0=7; P3=8-4=4; P2=12-2=10; P4=16-5=11;
带权周转时间=周转时间/运行时间
P1=7/7=1;P3=4/1=4.25;P2=10/4=2.5;P4=11/4=2.75;
等待时间=周转时间-运行时间
P1=7-7=0;P3=4-1=3;P2=10-4=6;P4=11-4=7;
平均周转时间=作业总周转时间/作业个数
平均周转时间=（7+4+10+11）/4=8
平均带权周转时间=总带权周转时间/作业个数
平均带权周转时间=(1+4+2.5+2.75)/4=2.56
平均等待时间=总等待时间/作业个数
平均等待时间=（0+3+6+7）/4=4

对比FCFS算法的结果，显然SPF算法的平均等待/周转/带权周转时间都要更低

例题2

各进程到达就绪队列的时间，需要的运行时间如下表所示。使用抢占式的短作业优先调度算法，计算各进程的等待时间，平均等待时间，周转时间，平均周转时间，带权周转时间，平均带权周转时间。

进程	到达时间	运行时间
P1	0	7
P2	2	4
P3	4	1
P4	5	4

最短剩余时间优先算法：每当有进程加入就绪队列改变时就需要调度，如果新到达的进程剩余时间比当前运行的进程剩余时间更短，则有新进程抢占处理机，当前运行进程重新回到就绪队列。另外，当一个进程完成是也需要调度。
周转时间带权周转时间平均周转时间运行时间,算法,学习,c++

周转时间=完成时间-到达时间
P1=16-0=16; P2=7-2=5; P3=5-4=1; P4=11-5=6;
带权周转时间=周转时间/运行时间
P1=16/7=2.28;P2=5/4=1.25;P3=1/1=1;P4=6/4=1.5;
等待时间=周转时间-运行时间
P1=16-7=9;P2=5-4=1;P3=1-1=0;P4=6-4=2;
平均周转时间=作业总周转时间/作业个数
平均周转时间=（16+5+1+6）/4=7
平均带权周转时间=总带权周转时间/作业个数
平均带权周转时间=(2.28+1.25+1+1.5)/4=1.50
平均等待时间=总等待时间/作业个数
平均等待时间=（9+1+0+2）/4=3

PS:对比非抢占式的短作业优先算法，显然抢占式的这几个指标要更低

高响应比优先调度算法（HRRN）

前言

FCFS算法在每次调度的时候选择一个等待时间最长的作业（进程）为其服务，但是没有考虑到作业的运行时间，因此导致了对短作业不友好的问题。
SJF算法是选择一个执行时间最短的作业为其服务。但是又完全不考虑各个作业的等待时间，因此导致了对长作业不友好的问题，甚至还会造成饥饿问题
高响应比优先调度算法既考虑到各个作业的等待时间，也兼顾了运行时间

算法思想

要综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务的时间。在每次调度时先计算各个作业/进程的响应比，选择响应比最高的作业/进程为其服务
$\frac{等待时间+要求服务时间}{要求服务时间}（响应比>=1）$

既可用于作业调度，也可用于进程调度。属于非抢占式的算法。因此只有当前运行的作业/进程主动放弃处理机时，才需要调度，才需要计算响应比。不会导致饥饿。

优缺点

优点
综合考虑了等待时间和运行时间(要求服务时间)
等待时间相同时，要求服务时间短的优先(SJF 的优点)
要求服务时间相同时，等待时间长的优先(FCFS 的优点)
对于长作业来说，随着等待时间越来越久，其响应比也会越来越大，从而避免了长作业饥饿的问题
缺点
由于做响应比计算故增加了系统开销

例题

各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间如下表所示。使用高响应比优先调度算法，计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

进程	到达时间	运行时间
P1	0	7
P2	2	4
P3	4	1
P4	5	4

高响应比优先算法:非抢占式的调度算法，只有当前运行的进程主动放弃CPU时(正常/异常完成，或主动阻塞)，才需要进行调度，调度时计算所有就绪进程的响应比，选响应比最高的进程上处理机。
周转时间带权周转时间平均周转时间运行时间,算法,学习,c++
0时刻:只有P到达就绪队列， $P_1$ 上处理机
7时刻( $P_1$ 主动放弃CPU):就绪队列中有 $P_2$ (响应比=(5+4)/4=2.25)、 $P_3$ (响应比=(3+1)/1=3)、 $P_4$ (响应比=(2+4)/4=1.5),
8时刻( $P_3$ 完成): $P_2$ (2.5)、 $P_4$ (1.75)
12时刻( $P_2$ 完成):就绪队列中只剩下 $P_4$ 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-779651.html