一.什麼是調度？
調度就是從就緒隊列中挑選下一個佔用 CPU 運行的進程。
調度分爲：長程調度、中程調度、短程調度和 I/O 調度。
本文主要講解短程調度。
二.爲什麼要進行進程調度？
- 正在執行的進程正確完成，或由於某種錯誤而終止運行（陷阱或中斷）
- 執行中的進程提出 I/O 請求，等待 I/O 完成
- 在分時系統中，分給進程的時間片用完
- 按照優先級調度，有更高優先級進程變爲就緒狀態（搶佔方式）
- 執行中的進程執行了進程通信原語操作,如 wait 操作、阻塞原語或喚醒原語。
三.短程調度準則：
- 面向用戶的準則：響應時間、週轉時間（週轉時間 = 完成時間 - 到達時間）
- 面向系統的準則：吞吐量、處理器利用率
四.選擇調度策略
- 先到先服務FCFS
- 時間片輪轉RR
- 最短進程優先SPN
- 最短剩餘時間優先SRT
- 最高相應比優先HRRN
- 反饋法
五.進程調度算法的實例
進程調度方式有兩種：
非搶佔方式
分配 CPU 後，進程一直運行到完成或異常終止
簡單、系統開銷小
批處理系統搶佔方式
系統根據某種策略（搶佔原則）收回正在運行進程的 CPU ，調度其它就緒進程運行
及時響應各進程的需求
分時/實時系統
搶佔原則：
- 時間片原則（時間片用完）
- 優先級原則（更高優先級進程就緒）
- 短進程優先原則（更短進程就緒）
1.先來先服務FCFS
FCFS 算法總是把處理機分配給最先進入就緒隊列的進程，一個進程一旦分得處理機，便執行下去，直到該進程完成或阻塞時，才釋放處理機。（非搶佔調度）
FCFS 的優點：實現簡單。
FCFS 的缺點：沒有考慮進程的優先級，平均等待時間波動較大，短進程可能排在長進程後面，I/O 資源和 CPU 資源利用率低。
FCFS 有利於長作業（進程）
2.時間片輪轉RR
RR 用於分時系統進程調度，其步驟如下：
- 就緒進程按照 FCFS 原則排成一個就緒隊列
- 調度隊首進程，執行一個時間片
- 在一個時間片結束時，發生時鐘中斷
- 調度程序暫停當前進程的執行，並送就緒隊列尾
- 通過 CPU 現場切換執行當前的隊首進程
這裏的時間片 q = 1
RR 的優點：就緒隊列中的所有進程都會有機會獲得處理器運行；可提高進程併發性和資源利用率；縮短響應時間。
RR 的缺點：時間片的長度影響系統開銷和響應時間。
時間片過短，則調度程序剝奪處理機的次數增多，增加進程上下文交換次數，加重了系統開銷（時間片短，有利於短作業，不利於長作業）；
時間片過長，大到進程能完成全部運行作業所需的時間，那麼時間片輪轉法就退化爲 FCFS （長時間片，無法滿足交互式用戶需求）。
最佳時間片，長度略大於一次典型交互所需的時間（響應時間= 進程數目 × 時間片大小）
3.最短進程優先SPN
SPN 算法從就緒隊列中選出估計運行時間最短的進程，爲之分配處理機，如果運行時間相同，按 FCFS 調度。
SPN 算法有搶佔方式和非搶佔方式兩種：
- 最短進程優先SPN（非搶佔）
- 最短剩餘時間優先SRT（搶佔）
SPN 的優點：能有效地降低平均等待時間，提高系統的吞吐量（平均週轉時間最短），有利於短作業。
SPN 的缺點：不利於長作業當短作業持續不斷到達時，長作業可能被餓死。無法準確估計作業的的確切執行時間，不一定能真正做到短作業（進程）優先調度。
4.最短剩餘時間優先SRT
SRT 是對 SPN 的改進，採用了搶佔機制，根據就緒隊列裏進程剩餘需要服務的時間來排隊。剩餘時間越短的排在最前面。因爲需要去記錄進程的剩餘服務時間，所以增加了系統的開銷。
SRT 的優點：比 SPN 的性能更好，短作業只要就緒就可以搶佔正在執行長進程的 CPU。
SRT 的缺點：增加了額外開銷，長作業（進程）可能會被餓死。
5.最高相應比優先HRRN
爲了防止長作業（進程）被餓死，選擇最高相應比優先算法。
響應比 = 週轉時間 / 運行時間 = （運行時間 + 等待時間 ）/ 運行時間 = 1 + 等待時間 / 運行時間
HRRN 的優點：對短作業有利（運行時間越短優先級越高），長作業不會被餓死（運行時間相同時，等待時間越長優先級越高）
HRRN 的缺點：增加了系統的開銷（每次重新調度需要估計運行時間，並計算響應比）
6.反饋法
多級隊列調度：
- 根據進程屬性設置多個就緒隊列，每個就緒隊列有各自的調度算法、優先級或時間片長度
前臺（或交互式）RR
後臺（或批處理）FCFS - 隊列之間必須有調度
通常採用固定優先級可搶佔調度
另一種可能是在隊列之間劃分時間片。每個隊列都有一定的 CPU 時間
多級反饋隊列：
- 基於多級隊列調度（多個隊列，不同優先級，不同時間片長度，不同調度算法）
- 進程可以在不同隊列間移動
- 可搶佔調度
- 最通用和最複雜的 CPU 調度算法
多級反饋隊列調度的優點：
- 短進程出現在優先級高的隊列中，可提高系統吞吐量、縮短平均週轉時間
- I/O 密集型進程放在最高優先級隊列，保證及時 I/O 交互，提高 I/O 設備利用率、縮短響應時間
- 不必事先估計進程執行時間，可以在進程中動態調節
