处理机调度算法

处理机调度概念

进程切换

保存当前进程在PCB中的执行上下文（CPU状态），恢复下一个进程的执行上下文。

处理机调度

• 从就绪队列中挑选下一个占用CPU运行的进程
• 从多个可用CPU中挑选就绪进程可使用的CPU资源

调度算法

先来先服务 （First Come, First Served. FCFS）

思路

依据进程进入就绪状态的先后顺序排列。

• 进程进入等待或结束状态时，就绪队列中的下一个进程占用CPU。

特征

• 优点是比较简单
• 缺点：
  • 平均等待时间波动较大：短进程可能排在长进程后面
  • I/O资源和CPU资源的利用率较低

短进程优先 （SPN）

思路

选择就绪队列中执行时间最短进程占用CPU进入运行状态。

• 就绪队列按照预期的执行时间来排序

特征

• 该算法具有最优的平均周转时间
• 缺点：
  • 可能导致饥饿：连续的短进程流会使长进程无法获得CPU资源
  • 需要预知未来

最高相应比优先 （HRRN）

思路

选择就绪队列中响应比R值最高的进程。

• R = （w + s）/ s
• w：等待时间（waiting time）
• s：执行时间（service time）

特征

• 在短进程优先算法的基础上改进
• 不可抢占
• 关注进程的等待时间
• 防止无限期推迟

时间片轮转算法（RR, Round-Robin）

时间片

• 分配处理机资源的基本时间单元

思路

• 时间片结束时，按FCFS算法切换到下一个就绪进程
• 每个（n - 1）个时间片进程执行一个时间片q

时间片的长度

• 时间片太大

  • 等待时间过长
  • 极限情况退化成FCFS

• 时间片太短

  • 反应迅速，但产生大量上下文切换
  • 大量上下文切换开销影响到系统吞吐量

• 时间片长度选择目标

  维持上下文切换开销处于1%以内

多级队列调度算法（MQ）

• 就绪队列被划分成多个独立的子队列
• 每个队列拥有自己的调度策略
• 队列间的调度：使用时间片轮转

多级反馈队列算法（MLFQ）

• 进程可在不同队列间移动
• 时间片大小随优先级级别的增加而增加
• 如进程在当前的时间片没有完成，则降到下一个优先级