s5-2 Cpu调度算法

调度程序采用什么算法选择一个进程(作业)？

如何评价调度算法的性能？

调度准则

CPU利用率 – 使CPU尽可能的忙碌
吞吐量 – 单位时间内运行完的进程数
周转时间 – 进程从提交到运行结束的全部时间
等待时间 – 进程在就绪队列中等待调度的时间片总和

响应时间 – 从进程提出请求到首次被响应的时间段[在分时系统环境下不是输出完结果的时间]

调度算法影响的是等待时间,而不能影响进程真正使用 CPU 的时间和 I/O 时间

调度算法

• 先来先服务(FCFS)
• 短作业优先(SJF)
• 优先权调度(Priority Scheduling)
• 时间片轮转(Round Robin)
• 多级队列调度(Multilevel Queue)
• 多级反馈队列调度算法(Multilevel Feedback Queue)

5-2 先来先服务(FCFS)

First-Come, First-Served (FCFS) Scheduling

最简单的调度算法
可用于作业或进程调度
算法的原则是按照作业到达后备作业队列(或进程进入就绪队列)的先后次序来选择作业(或进程)

FCFS 算法属于非抢占方式: : 一旦一个进程占有处理机，它就一直运行下去，直到该进程完成或者因等待某事件而不能继续运行时才释放处理机。 

FCFS 算法易于实现，表面上很公平，实际上有利于长作业，不利于短作业；有利于 CPU 繁忙型，不利于 I/O 繁忙型

Convoy effect 护航效应
假设有一个CPU进程和许多I/O型进程
当CPU进程占用CPU运行时， I/O型进程可能完成了其I/O操作，回到就绪队列等待CPU， I/O设备空闲
CPU进程释放CPU后， I/O型进程陆续使用CPU，并很快转为 I/O操作，CPU空闲

5-3 短作业优先(SJF)

(关联到每个进程下次运行的 CPU 脉冲长度，调度最短的进程)

两种情况：

非抢占式调度 – – 一旦进程拥有 CPU ，它的使用权限只能在该 CPU 脉冲结束后让出

抢占式调度 – – 发生在有比当前进程剩余时间片更短的进程到达时，也称为最短剩余时间优先调度

SJF 是最优的 – – 对一组指定的进程而言，它给出了最短的平均等待时间

采用SJF有利于系统减少平均周转时间,提高系统吞吐量。

一般情况下SJF调度算法比FCFS调度算法的效率要高一些, 但实现相对要困难些。

如果作业的到来顺序及运行时间不合适，会出现饥饿现象，例如，系统中有一个运行时间很长的作业JN，和几个运行时间小的作业，然后，不断地有运行时间小于JN的作业的到来，这样，作业JN就因得不到调度而饿死。另外，作业运行的估计时间也有问题。

5-4 优先级和RR 时间片轮转

优先权调度(Priority Scheduling)

每个进程都有自己的优先数[整数]

CPU分配给最高优先级的进程[假定最小的整数最高的优先级]

SJF是以下一次CPU脉冲长度为优先数的优先级调度

1. 静态优先权在进程创建时确定，且在整个生命期中保持不变

2. 静态优先权的问题 Problem=Starvation – low priority processes may never execute
(问题饥饿 – 低优先级的可能永远得不到运行).
一个很有意思的例子：当MIT的IBM7094机器于1973年关掉时，人们发现一个于1967年提交的一个低优先权的进程还没有得到运行。
Solution=Aging – as time progresses increase the priority of the process
(解决方法=老化 – 视进程等待时间的延长提高其优先数)

动态优先权是指进程的优先权可以随进程的推进而改变，以便获得更好的调度性能

改变优先权的因素

进程的等待时间
已使用的时间处理机
资源使用情况

时间片轮转(Round Robin)

每个进程将得到小单位的 CPU 时间[时间片]，通常为 10 - 100 毫秒。时间片用完后，该进程将被抢占并插入就绪队列末尾

一般来说，RR的平均周转时间比SJF长，但响应时间要短一些

1. q large –> FCFS
2. q small –> q q must be large with respect o to context switch, otherwise overhead s is too high (q 相对于切换上下文的时间而言足够长，否则将导致系统开销过大 ).

一组进程的平均周转时间并不一定随着时间片的增大而降低。一般来说，如果大多数(80%)进程能在一个时间片内完成，就会改善平均周转时间

5-5 多级队列、多级反馈队列

多级队列调度(Multilevel Queue)

多级队列
按进程的属性来分类，如进程的类型、优先权、占用内存的多少,每类进程组成一个就绪队列，每个进程固定地处于某一个队列，如
Ready queue is partitioned into separate queues(就绪队列分为):
     foreground (interactive)(前台)[交互式]
     background (batch) (后台) [批处理]
Each queue has its own scheduling algorithm(每个队列有自己的调度算法)
   foreground – RR
   background – FCFS
Scheduling must be done between the queues(调度须在队列间进行).

固定优先级调度，即前台运行完后再运行后台。有可能产生饥饿

给定时间片调度，即每个队列得到一定的 CPU 时间，进程在给定时间内执行；如，80% 的时间执行前台的 RR 调度，20% 的时间执行后台的 FCFS 调度

多级反馈队列调度算法(Multilevel Feedback Queue)

存在多个就绪队列，具有不同的优先级，各自按时间片轮转法调度

各个就绪队列中时间片的大小各不相同，优先级越高的队列时间片越小。

允许进程在队列之间移动

当一个进程执行完一个完整的时间片后被抢占处理器，被抢占的进程优先级降低一级而进入下级就绪队列，如此继续，直至降到进程的基本优先级。而一个进程从阻塞态变为就绪态时要提高优先级

最后会将I/O型和交互式进程留在较高优先级队列

进程能在不同的队列间移动；可实现老化

多级反馈队列调度程序由以下参数定义):
number of queues ( 队列数 )
scheduling algorithms for each queue ( 每一队列的调度算法 )
method used o to determine when o to upgrade a a process ( 决定进程升级的方法 )
method used o to determine when o to demote a a process ( 决定进程降级的方法 )
method used o to determine which queue a a process will enter when that process needs service ( 决
定需要服务的进程将进入哪个队列的方法