OS之作业调度算法

news2024/11/19 6:33:14

目录

一、基本概念

二、先来先服务算法(FCFS)

三、短作业算法(SJF/SPF)

四、轮转调度算法(RR)

五、优先级调度算法

六、多级反馈队列调度算法

一、基本概念

T(周转)=T(完成)-T(到达)

二、先来先服务算法(FCFS)

不利于短作业,非抢占式算法

算法思想:从公平的角度考虑,类似于排队购物、打饭等。
算法规则:按照作业或者进程到达的先后顺序进行服务。
方法用于作业/进程调度: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

案例如下:

 优缺点:优点是算法公平且实现简单;缺点是排队在长作业或长进程后面的短作业或短进程需要等待很长的时间,带权周转时间很大,对短作业或进程的用户体验不好。所以先来先服务算法对长作业有利,对短作业不利。

三、短作业算法(SJF/SPF)

算法思想: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。
算法规则:最短的作业或者进程优先得到服务,这里的最短指的是要求服务的时间最短

作业越短,其优先级就越高,但要注意先执行到达时间为0的进程!!!

方法用于作业/进程调度:即可用于作业调度,也可以用于进程调度,用于进程调度时称为最短进程优先算法(SPF, Shortest Process First)。
进程调度的方式:最短时间优先和最短进程优先是非抢占式算法,但也有抢占式的算法——最短剩余时间优先算法。

非抢占式SJF案例:

在这里插入图片描述

 抢占式SJF案例:

 上方案例时刻分析:

优缺点:优点是有较短的平均等待时间和平均周转时间;缺点是必须预知作业的运行时间,不太公平,对短作业有利,对长作业不利,长作业的周转时间明显增长,可能产生饥饿现象,此外,作业或者进程的运行时间是由用户提供的,人—机无法实现交互并不一定真实,所以不一定能做到真正的短作业优先。

四、轮转调度算法(RR)

算法思想:公平地、轮流地为各个进程服务,让每个进程在一定时间间隔内都可以得到响应。
算法规则:按照各个进程到达就绪队列的顺序,轮流让各个进程执行一个时间片,若进程未在一个时间片内执行完,则剥夺处理机,将进程重新放到就绪队列队尾重新排队

方法用于作业/进程调度:只能用于进程调度,只有作业放入内存建立了相应的进程后,才能被分配处理机时间片。
进程调度的方式:抢占式算法,由时钟装置发出时钟中断来通知 CPU 时间片已到。

RR算法案例:

 时间片大小为2时:

 优缺点:优点是公平,响应快,且适合于分时操作系统;缺点是由于高频率的进程切换,因此有一定的系统开销,同时也不区分任务的紧急程度。


五、优先级调度算法

算法思想:随着计算机的发展,特别是实时操作系统系统的出现,越来越多的应用场景需要根据任务的紧急程度来决定处理顺序。
算法规则:每个作业或进程有各自的优先级,调度时选择优先级最高的作业或进程

进程调度的方式:抢占式和非抢占式都有,区别在于非抢占式只需要在进程主动放弃处理机时进行调度,而抢占式的还需要在就绪队列变化时检查是否会发生抢占。

非抢占式优先级调度案例:

 抢占式优先调度算法案例:

在这里插入图片描述

 优缺点:优点是用优先级区分紧急程度、重要程度,适用于实时操作系统,可灵活地调整对各种作业或进程的偏好程度;缺点是若源源不断地有高优先级进程到来,则可能导致饥饿。

六、多级反馈队列调度算法

算法思想:对其他调度算法的折中权衡。
算法规则:设置多级就绪队列,各级队列优先级从高到低,时间片从小到大;新进程到达时先进入第一级队列,按 FCFS 原则排队等待被分配时间片,若用完时间片进程还未结束,则进程进入下一级队列队尾,如果此时已经是在最下级的队列,则重新放回该队列队尾;只有第 k 级队列为空时,才会为 k+1 级队列头的进程分配时间片;被抢占处理机的进程重新放回原队列队尾。
方法用于作业/进程调度:只用于进程调度。
进程调度的方式:抢占式算法,在 k 级队列的进程运行过程中,若更上级的队列中进入了一个新进程,则由于新进程处于优先级更高的队列中,因此新进程会抢占处理机,原来运行的进程放回 k 级队列队尾。

请添加图片描述

 注意在执行的过程中,每执行完一个级别的时间片,若进程没有执行完,则该进程优先级下降,移动到下一级队列的队尾,当然在运行的时候,如果更高级别进入了一个新进程,即使当前运行的进程时间片还没运行完,也会被剥夺处理机,该进程在原队列队尾等待更高优先级的进程运行完成。

优缺点:优点是对于各类型进程相对公平(FCFS 的优点);每个新到达的进程都可以很快就得到响应(RR 的优点);短进程只用较少的时间就可完成(SPF 的优点);不必实现估计进程的运行时间(避免用户作假);可灵活地调整对各类进程的偏好程度,比如 CPU 密集型进程、I/O 密集型进程 (可以将因 I/O 而阻塞的进程重新放回到原队列而不是优先级更低的下一级队列,这样 I/O 型进程就可以保持较高的优先级) 。缺点是可能会导致饥饿。

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