1.时间片轮转(RR,Round-Robin)
RR
算法思想:公平地、轮流地为每个进程服务,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,将进程重新放回就绪队列尾重新排队。
用于作业/进程调度:用于进程调度(只有作业放入内存建立了相应的进程后,才能被分配处理及时间片)
是否可抢占?:若进程未在一个时间片内执行完,将被剥夺处理机使用权,因此时间片轮转调度算法属于抢占式的算法。由时钟装置发出时钟中断来通知 CPU 时间片已到。
优缺点:
- 优点:公平;响应快,适用于分时操作系统
- 缺点:由于高频率的进程切换,因此有一定的开销;不区分任务的紧急程度。
是否会导致饥饿:不会
补充:时间片太大或太小会有什么影响?
例题:例题:各进程到达就绪队列的时间、需要的时间如下表所示,使用时间片轮转调度算法,分析时间片大小分别是 2、5 时的运行情况。
时间片大小为 2 时的情况:
时间片大小为 5 时的情况:
注:时间片轮转算法常用于分时操作系统,更注重“响应时间”,因而此处不计算周转时间。对比发现,时间片轮转算法在时间片大小为 5 时和上一篇文章中的“先来先服务算法”调度结果类似。如果时间片太大,导致每个进程都能在一个时间片内完成,那么时间片轮转算法就会退化为先来先服务算法,并且会增大进程响应时间。因此时间片不能太大。另外方面,进程切换是有时间代价的(保存,恢复运行环境),因此如果时间片太小,会导致进程切换过于频繁,系统会花大量的时间来处理进程切换,从而导致实际用于进程执行的时间比例减少。可见时间片也不能太小。一般来说,设计时间片时要让切换进程的开销比例不超过 1%。
2.优先级调度算法
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/进程有各自的优先级,调度时选择优先级最高的作业/进程。
用于作业/进程调度:既可用于作业调度,也可用于进程调度。甚至还会用于 I/O 调度中。
是否可抢占?:抢占式、非抢占式都有。非抢占式只需在进程主动放弃处级机时进行调度即可,而非抢占式还需在就绪队列变化时,检查是否会发生抢占。
优缺点:
- 优点:用优先级区分任务的紧急程度、重要程度,适用于实时操作系统。可灵活的调整对各种作业/进程的偏好程度。
- 缺点:若源源不断地有高优先级进程到来,则可能导致饥饿
是否会导致饥饿:会
例题:各进程到达就绪队列的时间、需要的时间如下表所示,使用非抢占式和抢占式的优先级调度算法,分析进程的运行情况。(注:优先数越大优先级越高)
非抢占式:
抢占式:
注:就绪队列未必只有一个,可以按照不同的优先级组织。另外,可以吧优先级高的进程排在更靠近对头的位置。根据优先级是否可以动态地改变,可将优先级分为静态优先级和动态优先级两种。
静态优先级:创建进程时确定,之后一直不变。
动态优先级:创建进程时有一个初始值,之后会根据情况动态地调整优先级。
如何和合理设置各类进程的优先级?通常,系统进程优先级高于用户进程;前台进程优先级高于后台进程;操作系统更偏好 I/O 进程(或称 I/O 繁忙型进程)。I/O 设备可以和 CPU 并行工作。如果优先让 I/O 繁忙型进程优先运行的话,则越有可能让 I/O 设备尽早地投入工作,则资源利用率、系统吞吐量都会得到提升。与 I/O 型进程相对的是计算型进程(或称 CPU 繁忙型进程)。
如果采用的是动态优先级,什么时候应该调整?可以从追求公平,提升资源利用率等角度考虑。如果某进程在就绪队列中等待了很长时间,则可以适当的提升其优先级。如果某进程占用处理机运行了很长时间,则可以适当地降低其优先级。如果发现一个进程频繁的进行 I/O 操作,则可以适当的提升其优先级。
3.思考……..
FCFS 算法的优点是公平;
SJF 算法的有点是能尽快处理完短作业,平均等待/周转时间等参数很优秀;
书记安片轮转调度算法可以让各个进程得到及时的响应;
优先级调度算法可以灵活地调整各种进程被服务的机会;能否对其他算法做个折中权衡,得到一个综合表现优秀平衡的算法呢?
缝合怪登场!↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
4.多级反馈队列调度算法
多级反馈队列
算法思想:对比其他调度算法的折中权衡。
算法规则:1. 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;2.新进程到达时先进入第 1 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,则重新放入该队列队尾;3.只有第 K 级队列为空时,才会为 k+1 级队头的进程分配时间片
用于作业/进程调度:用于进程调度
是否可抢占?: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(1~k-1 级)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。
优缺点:
- 优点:对各类进程相对公平(FCFS 优点);每个新到达的进程都可以很快就得到响应(RR 优点);短进程只用较少的时间就可完成(SPF 优点);不必实现估计进程的运行时间(避免用户作假);可以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(拓展:可以将因 I/O 而阻塞的进程重新放回原队尾,这样 I/O 型进程就可保持较高优先级)
是否会导致饥饿:会
例题:各进程到达就绪队列的时间、需要的时间如下表所示,使用多级反馈队列调度算法,分析进程的运行情况。
视频被投诉下架了,可以自己去 b 站搜一下"王道操作系统"
5.知识回顾
注:比起早期的批处理操作系统来说,由于计算机造价大幅度降低,因此之后出现的交互式操作系统(包括分时操作系统,实时操作系统等)更注重系统的响应时间、公平性、平衡性等指标。而这几种算法也恰好能较好地满足交互式系统的需求。因此这三种算法更适用于交互式操作系统。(比如 UNIX 使用的就是多级反馈队列调度算法)