CPU的調度和schedule()（哈工大李志軍）

CPU調度策略

CPU調度即在就緒隊列中，通過調度選擇下一個執行的任務。

調度算法：

• 儘快結束任務：週轉時間（從任務進入到任務結束）短
• 用戶操作儘快響應：響應時間（從操作發生到響應）短
• 系統內耗時間少：吞吐量（完成的任務量）

如何做到合理？

• 吞吐量與響應時間的矛盾：
  

• 前臺任務和後臺任務的關注點不同：

  前臺任務關注響應時間，後臺任務關注週轉時間。

• IO約束型任務和CPU約束型任務：
  

• IO約束型任務： CPU區間長度較短，調用IO頻率較大。多是前臺任務。

• CPU約束型任務： CPU區間長度較長，調用CPU頻率高。多是後臺任務。

週轉時間=作業完成時刻—作業到達時刻；
帶權週轉時間=週轉時間/服務時間；
平均週轉時間=作業週轉總時間/作業個數；
平均帶權週轉時間=帶權週轉總時間/作業個數；

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First Come, First Served(FCFS)，先來先服務

縮短週轉時間：短作業優先（SJF）

短作業優先的調度平均週轉時間最短。
證明：
平均週轉時間：
$p_1+(p_1+p_2)+(p_1+p_2+p_3)+....+(p_1+p_2+...+p_n)$
合併之後：
$= np_1+(n-1)p_2+....+p_i = \sum(n+1+i)p_i$
任取兩個任務 $p_j < p_k,(j<k)$
平均週轉時間：
$= np_1+(n-1)p_2+....+(n+1-j)p_j+.....+(n+1-k)p_k+...+p_i$
交換 $p_j,p_k$：
$= np_1+(n-1)p_2+....+(n+1-j)p_k+.....+(n+1-k)p_j+...+p_i$
由 $p_j < p_k$
$(n+1-j)p_j+(n+1-k)p_k < (n+1-j)p_k+(n+1-k)p_j$
所以短作業優先可以保證平均週轉時間最短。

縮短響應時間：時間片輪轉

設定時間片的大小，將時間片分配到每個任務，依次執行直至全部執行完畢。

調度算法的選擇：

後臺任務得不到運行->嘗試後臺任務優先級動態升高 -> 前臺響應時間拉長 -> 嘗試前後臺任務使用時間片 -> 退化到僅時間片輪轉 -> 時間片輪轉的弊端 …

一個實際的 schedule() 函數

• while循環找出PCB數組(task[])中counter最大的就緒態的進程，設爲next。
• if(counter != 0) 直接切換到next進程
• else if(counter == 0) 進入for循環，將 PCB數組中所有進程counter = counter / 2 + priority ：
  • 此時如果就緒態的進程，執行前counter應爲0
  • 如果是阻塞態的進程(如 IO), 執行後counter 應比就緒態的counter大，使其執行時間更長，優先級更高，此處實現了優先級的動態調整。

counter第一個作用：時間片

counter第二個作用：優先級

counter總結

因爲時間片輪轉短作業的任務也會先執行完，所以輪轉起來也近似了SJF調度。