CPU Scheduling Algorithms

重要的CPU调度算法如下：

FCFS Scheduling（First-Come, First-Served）
SJF Scheduling（Shortest-Job-First）
- Non-Preemptive SJF Scheduling
- Preemptive SJF Scheduling
Priority Scheduling
RR Scheduling（Round Robin）

FCFS与SJF

这里只说FCFS和SJF。

先到先服务调度：先请求CPU的进程被首先分配到CPU，可采用FIFO队列实现。

Process	Burst Time
P1	24
P2	3
P3	3

Suppose that the processes arrive in the order: P1 , P2 , P3 The Gantt Chart for the schedule is:

Waiting time for P1 = 0; P2 = 24; P3 = 27
Average waiting time: (0 + 24 + 27)/3 = 17

FCFS策略的平均等待时间通常相当长。例子中，平均等待时间为17ms。

Suppose that the processes arrive in the order: P2 , P3 , P1 The Gantt chart for the schedule is:

Waiting time for P1 = 6; P2 = 0; P3 = 3
Average waiting time: (6 + 0 + 3)/3 = 3
Convoy effect : short process behind long process.

进程区间变化很大时，平均等待时间也会变化很大。
护航现象（convoy effect）：所有其他进程都等待一个大进程释放CPU，导致CPU和设备的使用率变得更低。
FCFS调度算法是非抢占的。一旦CPU被分配给了一个进程，该进程就会保持CPU知道释放CPU为止。

最短作业优先调度：将每个进程与其下一个CPU区间相关联。当CPU为可用时，它会赋给具有最短后续CPU区间的进程。如果两个进程具有同样长度的CPU区间，那么可以使用FCFS调度来处理。

Process	Burst Time
P1	6
P2	8
P3	7
P4	3

The Gantt Chart for the schedule is:

Waiting time for P1 = 3; P2 = 16; P3 = 9; P4 = 0
Average waiting time: (3 + 16 + 9 + 0)/4 = 7

如果使用FCFS调度方案，平均等待时间为10.25ms。
可以证明对于给定的一组进程SJF算法的平均等待时间最小。通过将短进程移到长进程之前，短进程等待时间的减少大于长进程等待时间的增加。因而，平均等待时间减少了。

详解SJF

SJF的困难是如何知道下一个CPU请求的长度。
对于长期调度：可以使用用户在提交作业时制定的作业时间极限作为长度，因此，在长期调度中经常使用SJF。
对于短期调度：无法获得下一个CPU区间的长度，因此，只能试图近似SJF调度。

SJF算法可能是抢占的或非抢占的。
当一个新进程到达就绪队列而以前进程正在执行时，就需要选择。新进程与当前运行进程所产生的CPU区间相比，可能有一个更短的下一个CPU区间。
可抢占SJF算法可能会抢占当前运行进程，有时称最短剩余时间优先调度；
非抢占SJF算法会允许当前运行进程先完成其CPU区间。

Process	Arrival Time	Burst Time
P1	0.0	7
P2	2.0	4
P3	4.0	1
P4	5.0	4

SJF (non-preemptive)

Waiting time for P1 = 0; P2 = 6; P3 = 3; P4 = 7
Average waiting time = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4

Process	Arrival Time	Burst Time
P1	0.0	7
P2	2.0	4
P3	4.0	1
P4	5.0	4

SJF (preemptive)

Waiting time for P1 = 9; P2 = 1; P3 = 0; P4 = 2
Average waiting time = (9 + 1 + 0 +2)/4 = 3

洛谷P1223题

题目要求

P1223题目链接

分析

其实本题正是如此，OS难以知道和确定接下来哪个进程剩余时间最短，但这里知道啊！

所谓的“最优策略”，来自于贪心算法，需要先排个序，耗时短的先结束任务可以使得总平均等待时间最短。

AC代码（Java语言描述）

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.Scanner;public class Main {private static class Person {Integer time;int id;public Person(int time, int id) {this.time = time;this.id = id;}}public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);int num = scanner.nextInt();Person[] array = new Person[num];for (int i = 0; i < num; i++) {array[i] = new Person(scanner.nextInt(), i+1);}scanner.close();Arrays.sort(array, Comparator.comparing(person -> person.time));long waitingTime = 0, sum = 0;StringBuilder result = new StringBuilder();for (Person p : array) {waitingTime += sum;sum += p.time;result.append(p.id).append(" ");}System.out.println(result.toString().trim());System.out.printf("%.2f", waitingTime/(double)num);}
}

总结

FCFS算法和SJF算法是两种重要的算法。FCFS其实基于普通队列即可实现。比起算法本身，更重要的是领会到SJF算法的思想，并能在处理实际问题的时候得以启发，这样就很好啦！

另外，OS 的 SJF CPU调度算法也应该深刻理解，这是涉及计算机原理的重要知识。

希望对不懂SJF算法的读者一些启示，也希望帮助对洛谷P1223题理解不深的读者加深理解。
总之，希望对大家有所帮助！

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