批处理系统中的调度---先来先服务、最短作业优先、最短剩余时间优先

1. 先来先服务

在所有调度算法中，最简单的是非抢占式的先来先服务（first-come first-severd）算法。使用该算法，进程按照它们请求CPU的顺序使用CPU。基本上，有一个就绪进程的单一队列。早上，当第一个作业从外部进入系统，就立即开始并允许运行它所期望的时间。不会中断该作业，因为它需要很长的时间运行。当其他作业进入时，它们就被安排到队列的尾部。当正在运行的进程被阻塞时，队列中的第一个进程就接着运行。在被阻塞的进程变为就绪时，就像一个新来到的作业一样，排到队列的末尾。

这个算法的主要优点是易于理解并且便于在程序中运用。就难以得到的体育或音乐会票的分配问题而言，这对那些愿意在早上两点就去排队的人们也是公平的。在这个算法中，一个单链表记录了所有就绪进程。要选取一个进程运行，只要从该队列的头部移走一个进程即可；要添加一个新的作业或阻塞一个进程，只要把该作业或进程附加在相应队列的末尾即可。

缺点：假设有一个一次运行1秒钟的计算密集型进程和很少使用CPU但是每个都要进行1000次磁盘读操作才能完成的大量I/O密集型进程存在。计算密集进程运行1秒钟，接着读一个磁盘块。所有的I/O进程开始运行并读磁盘。当该计算密集进程获得其磁盘块时，它运行下一个1秒钟，紧跟随着的是所有I/O进程。这样做的结果是，每个I/O进程在每秒钟内读到一个磁盘块，要花费1000秒钟才能完成操作。如果有一个调度算法每10ms抢占计算密集型进程，那么I/O进程将在10秒钟内完成而不是1000秒钟，而且还不会对计算密集型进程产生多少延迟。

2. 最短作业优先

适用于运行时间可以预知的另一个非抢占式的批处理调度算法。例如，一家保险公司，因为每天都做类似的工作，所以人们可以相当精确地预测处理1000个索赔的一批作业需要多少时间。当输入队列中有若干个同等重要的作业被启动时，调度程序应使用最短作业优先（shortest job first）算法，请看图2-40。这里有4个作业A、B、C、D，运行时间分别为8、4、4、4分钟。若按图中的次序运行，则A的周转时间为8分钟，B为12分钟，C为16分钟，D为20分钟，平均为14分钟。

图2-40 最短作业优先调度的例子：a) 按原有次序运行4个作业；b) 按最短作业优先次序运行

现在考虑使用最短作业优先算法运行这4个作业，如图2-40b所示。目前周转时间分别为4、8、12和20分钟，平均为11分钟。可以证明最短作业优先是最优的。考虑有4个作业的情况，其运行时间分别为a、b、c、d。第一个作业在时间a结束，第二个在时间a + b结束，以此类推。平均周转时间为（4a + 3b + 2c + d）/4。显然a对平均值影响最大，所以它应是最短作业，其次是b，再次是c，最后的d只影响它自己的周转时间。对任意数目作业的情况，道理完全一样。

有必要指出，只有在所有的作业都可同时运行的情形下，最短作业优先算法才是最优化的。作为一个反例，考虑5个作业，从A到E，运行时间分别是2、4、1、1和1。它们的到达时间是0、0、3、3和3。开始，只能选择A或B，因为其他三个作业还没有到达。使用最短作业优先，将按照A、B、C、D、E的顺序运行作业，其平均等待时间是4.6。但是，按照B、C、D、E、A的顺序运行作业，其平均等待时间则是 4.4。

3. 最短剩余时间优先

最短作业优先的抢占式版本是最短剩余时间优先（shortest remaining time next）算法。使用这个算法，调度程序总是选择剩余运行时间最短的那个进程运行。再次提醒，有关的运行时间必须提前掌握。当一个新的作业到达时，其整个时间同当前进程的剩余时间做比较。如果新的进程比当前运行进程需要更少的时间，当前进程就被挂起，而运行新的进程。这种方式可以使新的短作业获得良好的服务。

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