操作系統中的幾種進程調度算法

先來先服務調度算法

先來先服務(FCFS)調度算法是一種最簡單的調度算法,該算法既可用於作業調度,也可用於進程調度。FCFS算法比較有利於長作業(進程),而不利於短作業(進程)。所以,本算法適合於CPU繁忙型作業,而不利於I/O繁忙型的作業(進程)。

什麼是CPU繁忙型作業,什麼是I/O繁忙型作業?
前者是需要進行大量滿負荷甚至超負荷整數和浮點運算,主要是在內存中進行操作,俗話說就是吃U的,比如各種科學計算,大型的的數據建模等等,後者是需要頻繁進行硬盤或其他存儲介質讀寫,比如各種數據中心,網絡存儲和雲存服務器

優缺點:

  • 比較有利於長作業(進程),而不利於短作業(進程)
  • 有利於CPU繁忙型作業(進程) ,而不利於I/O繁忙型作業(進程)
  • 用於批處理系統,不適於分時系統

短作業優先調度算法

短作業(進程)優先調度算法(SJ/PF)是指對短作業或短進程優先調度的算法,該算法既可用於作業調度,也可用於進程調度。但其對長作業不利;不能保證緊迫性作業(進程)被及時處理;作業的長短只是被估算出來的。

優缺點:

  • 對長作業不利,使長作業進入飢餓狀態。
  • 完全未考慮作業(進程)的緊迫程度,因而不能保證緊迫性作業(進程)會被及時處理 。
  • 由於作業(進程)的長短只是根據用戶所提供的估計執行時間而定的,而用戶又可能會有意或無意地縮短其作業的估計運行時間,致使該算法不一定能真正做到短作業優先調度

優先級調度算法

爲了照顧緊迫型作業,使之在進入系統後便獲得優先處理,引入了最高優先權優先(FPF)調度算法。此算法常被用於批處理系統中,作爲作業調度算法,也作爲多種操作系統中的進程調度算法,還可用於實時系統中。當把該算法用於作業調度時,系統將從後備隊列中選擇若干個優先權最高的作業裝入內存。當用於進程調度時,該算法是把處理機分配給就緒隊列中優先權最高的進程,這時,又可進一步把該算法分成如下兩種。

非搶佔式優先權算法

在這種方式下,系統一旦把處理機分配給就緒隊列中優先權最高的進程後,該進程便一直執行下去,直至完成;或因發生某事件使該進程放棄處理機時,系統方可再將處理機重新分配給另一優先權最高的進程。這種調度算法主要用於批處理系統中;也可用於某些對實時性要求不嚴的實時系統中。

搶佔式優先權調度算法

在這種方式下,系統同樣是把處理機分配給優先權最高的進程,使之執行。但在其執行期間,只要又出現了另一個其優先權更高的進程,進程調度程序就立即停止當前進程(原優先權最高的進程)的執行,重新將處理機分配給新到的優先權最高的進程。因此,在採用這種調度算法時,是每當系統中出現一個新的就緒進程i 時,就將其優先權Pi與正在執行的進程j 的優先權Pj進行比較。如果Pi≤Pj,原進程Pj便繼續執行;但如果是Pi>Pj,則立即停止Pj的執行,做進程切換,使i 進程投入執行。顯然,這種搶佔式的優先權調度算法能更好地滿足緊迫作業的要求,故而常用於要求比較嚴格的實時系統中,以及對性能要求較高的批處理和分時系統中。

高響應比優先調度算法

在批處理系統中,短作業優先算法是一種比較好的算法,其主要的不足之處是長作業的運行得不到保證。如果我們能爲每個作業引入前面所述的動態優先權,並使作業的優先級隨着等待時間的增加而以速率a 提高,則長作業在等待一定的時間後,必然有機會分配到處理機。該優先權的變化規律可描述爲:
在這裏插入圖片描述
由上式可以看出:

(1) 如果作業的等待時間相同,則要求服務的時間愈短,其優先權愈高,因而該算法有利於短作業。
(2) 當要求服務的時間相同時,作業的優先權決定於其等待時間,等待時間愈長,其優先權愈高,因而它實現的是先來先服務。
(3) 對於長作業,作業的優先級可以隨等待時間的增加而提高,當其等待時間足夠長時,其優先級便可升到很高,從而也可獲得處理機。簡言之,該算法既照顧了短作業,又考慮了作業到達的先後次序,不會使長作業長期得不到服務。因此,該算法實現了一種較好的折衷。當然,在利用該算法時,每要進行調度之前,都須先做響應比的計算,這會增加系統開銷。

輪轉調度算法

給每個進程固定的執行時間,根據進程到達的先後順序讓進程在單位時間片內執行,執行完成後便調度下一個進程執行,時間片輪轉調度不考慮進程等待時間和執行時間,屬於搶佔式調度。優點是兼顧長短作業;缺點是平均等待時間較長,上下文切換較費時。適用於分時系統。

多級反饋隊列

前面介紹的各種用作進程調度的算法都有一定的侷限性。如短進程優先的調度算法,僅照顧了短進程而忽略了長進程,而且如果並未指明進程的長度,則短進程優先和基於進程長度的搶佔式調度算法都將無法使用。而多級反饋隊列調度算法則不必事先知道各種進程所需的執行時間,而且還可以滿足各種類型進程的需要,因而它是目前被公認的一種較好的進程調度算法。在採用多級反饋隊列調度算法的系統中,調度算法的實施過程如下所述。

(1) 應設置多個就緒隊列,併爲各個隊列賦予不同的優先級。第一個隊列的優先級最高,第二個隊列次之,其餘各隊列的優先權逐個降低。該算法賦予各個隊列中進程執行時間片的大小也各不相同,在優先權愈高的隊列中,爲每個進程所規定的執行時間片就愈小。例如,第二個隊列的時間片要比第一個隊列的時間片長一倍,……,第i+1個隊列的時間片要比第i個隊列的時間片長一倍。

(2) 當一個新進程進入內存後,首先將它放入第一隊列的末尾,按FCFS原則排隊等待調度。當輪到該進程執行時,如它能在該時間片內完成,便可準備撤離系統;如果它在一個時間片結束時尚未完成,調度程序便將該進程轉入第二隊列的末尾,再同樣地按FCFS原則等待調度執行;如果它在第二隊列中運行一個時間片後仍未完成,再依次將它放入第三隊列,……,如此下去,當一個長作業(進程)從第一隊列依次降到第n隊列後,在第n 隊列便採取按時間片輪轉的方式運行。

(3) 僅當第一隊列空閒時,調度程序才調度第二隊列中的進程運行;僅當第1~(i-1)隊列均空時,纔會調度第i隊列中的進程運行。如果處理機正在第i隊列中爲某進程服務時,又有新進程進入優先權較高的隊列(第1~(i-1)中的任何一個隊列),則此時新進程將搶佔正在運行進程的處理機,即由調度程序把正在運行的進程放回到第i隊列的末尾,把處理機分配給新到的高優先權進程。
優點:
  爲提高系統吞吐量和縮短平均週轉時間而照顧短進程。
  爲獲得較好的I/O設備利用率和縮短響應時間而照顧I/O型進程。
  不必估計進程的執行時間,動態調節

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章