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p299 - p312 进程之间的调度算法

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p299 - p312 进程之间的调度算法

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进程调度算法

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的某个「就绪状态」的进程，并给其分配 CPU。

什么时候会发⽣ CPU 调度呢？通常有以下情况：

当进程从运⾏状态转到等待状态；

当进程从运⾏状态转到就绪状态；

当进程从等待状态转到就绪状态；

当进程从运⾏状态转到终⽌状态；

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」。

⾮抢占式的意思就是，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。

⽽抢占式调度，顾名思义就是进程正在运⾏的时，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。

你可能会好奇为什么第 3 种情况也会发⽣ CPU 调度呢？假设有⼀个进程是处于等待状态的，

但是它的优先级⽐较⾼，如果该进程等待的事件发⽣了，它就会转到就绪状态，⼀旦它转到

就绪状态，如果我们的调度算法是以优先级来进⾏调度的，那么它就会⽴⻢抢占正在运⾏的

进程，所以这个时候就会发⽣ CPU 调度。

那第 2 种状态通常是时间⽚到的情况，因为时间⽚到了就会发⽣中断，于是就会抢占正在运

⾏的进程，从⽽占⽤ CPU。

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 CPU 的时间和 I/O 时间。

接下来，说说常⻅的调度算法：

先来先服务调度算法

最短作业优先调度算法

⾼响应⽐优先调度算法

时间⽚轮转调度算法

最⾼优先级调度算法

多级反馈队列调度算法

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（First Come First Severd, FCFS）算

法了。

顾名思义，先来后到，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，但是当⼀个⻓作业先运⾏了，那么后⾯的短作业等待的时间就会很⻓，不利

于短作业。

FCFS 对⻓作业有利，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（Shortest Job First, 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。

这显然对⻓作业不利，很容易造成⼀种极端现象。

⽐如，⼀个⻓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

⻓作业不断的往后推，周转时间变⻓，致使⻓作业⻓期不会被运⾏。

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⻓

作业。

那么，⾼响应⽐优先

（Highest Response Ratio Next, HRRN）调度算法主要是权衡了短作业和⻓作业。

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：

从上⾯的公式，可以发现：

如果两个进程的「等待时间」相同时，「要求的服务时间」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「要求的服务时间」相同时，「等待时间」越⻓，「响应⽐」就越⾼，这就

兼顾到了⻓作业进程，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

够⻓时，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、最公平且使⽤最⼴的算法就是时间⽚轮转（Round Robin, RR）调度算

法。

。

每个进程被分配⼀个时间段，称为时间⽚（Quantum），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，时间⽚的⻓度就是⼀个很关键的点：

如果时间⽚设得太短会导致过多的进程上下⽂切换，降低了 CPU 效率；

如果设得太⻓⼜可能引起对短作业进程的响应时间变⻓。将

通常时间⽚设为 20ms~50ms 通常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（Highest Priority

First

，

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，就已经确定了优先级了，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。

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