计算机操作系统——处理机调度算法

一、处理机调度的层次和调度算法的目标

1.处理及调度的层次

高级调度：（周期较长，大约几分钟一次）又称为长程调度或作业调度 调度对象：作业功能：根据算法决定将外存中处于后备队列的作业调入内存，然后为它们创建进程（建立PCB）、分配必要的资源，使它们获得竞争处理及的权利，作业调度时会建立相应的PCB，作业调出时才撤销PCB。
主要用于：多道批处理系统
中级调度：又称为内存调度 调度对象：进程功能：提高内存利用率和系统吞吐量，把内存中暂时不能运行的进程，调至外存等待，此时的进程处于挂起状态。当它们具备运行条件并且内存有空间时，中级调度来决定把外存的哪些就绪进程重新调入内存。
低级调度：（最基本的调度，使用频率最高，分时系统在10~100ms进行一次进程调度）又称为进程调度或短程调度 调度对象：进程（或内核级线程）功能：根据某种算法，决定哪个进程获得处理机，并由分派程序将处理机分配给被选中的进程

2.处理机调度算法目标

处理机调度算法的共同目标
（1）资源利用率 CPU的利用率：（2）公平性：让所有进程获得合理的CPU时间，尽量不产生饥饿现象
（3）平衡性
（4）策略强制执行
批处理系统的目标
（1）平均周转时间短
周转时间=等待时间+执行时间=完成时刻-到达时刻
平均周转时间=各进程周转时间之和/进程的个数
带权周转时间=周转时间/CPU提供服务的时间
（2）系统吞吐量高吞吐量：单位时间内系统完成的作业数，它与批处理作业的平均长度有关
（3）处理机利用率高
分时系统的目标
（1）响应时间按快
（2）均衡性
实时系统的目标
（1）截止时间的保证
（2）可预测性

二、非抢占式调度算法

1.先来先服务调度算法（FCFS，First-Come-First-Served）

算法规则：按照作业/进程到达的先后顺序进行服务

优点：公平，实现简单

缺点：带权周转时间长，对长作业有利，短作业不利

例题详解：（解题方式我习惯于用数轴表示，也可以画表格，但是感觉不如数轴看着形象）

2.短作业优先调度算法（SJF，Short-Job-First）

算法规则：最短的进程/作业优先得到服务

该算法也有抢占式

优点：减少了平均等待时间和平均周转时间

缺点：对短作业有利，长作业不利，容易产生饥饿现象；必须预知作业的运行时间；人——机无法实现交互；未考虑作业的紧迫程度，不能保证紧迫性作业及时得到处理。

例题详解：

3.高响应比优先调度算法（HRRN，Highest-Response-Ratio-Next）

- 算法规则：每次调度时先计算响应比，选择响应比最高的进行服务

优点：避免了长作业饥饿的问题，集合了SJF和FCFS的优点

响应比大的优先调度（不值得等待的进程优先调度）
响应比越小，等得越值得

例题详解：

三、抢占式调度算法

进程调度的机制：（1）排队器（2）分派器（3）上下文切换器
进程调度方式：抢占式、非抢占式
抢占式的剥夺原则：（1）优先权原则（2）短进程优先原则（3）时间片原则

1.轮转调度算法（时间片轮转）

轮转调度算法：
（1）基本原理：将所有就绪进程按FCFS排成一个就绪队列，系统设置每隔一定时间便产生一次中断，去激活进程调度程序进行调度，把CPU分配给队首进程，并令其执行下一个时间片…
（2）切换机制：
a.若一个时间片尚未用完，正在运行的进程便已经完成，就立即激活调度程序，将它从就绪队列中删除，再调度就绪队列中队首的进程进行，并启动一个新的时间片。
b.在时间片用完时，如果进程尚未运行完成，调度程序将把它送往就绪队列的末尾。

时间片大小的确定：
（1）时间片太小：增加系统的开销
（2）时间片太大：时间片轮转便退化为FCFS算法，无法满足交互式用户需求

时间片轮转调度算法常用于分时操作系统，更注重“响应时间”，因而此处不计算周转时间

2.优先级调度算法

（分为抢占式和非抢占式）
优先级类型：
（1）静态优先级
（2）动态优先级

3.多级反馈队列调度算法

调度机制

首先设置多级就绪队列
每个就绪队列分配不同的时间片，优先级高的为第一队列，时间片最小，随着就绪队列级别的降低，时间片逐渐增大。

每个进程按照先来先服务调度算法
一个进程就绪后进入第一级队列末尾

当有一个优先级更高的进程就绪时，可以抢占CPU，被强占进程回到原来一级的就绪队列末尾。

当第一级别队列空时，就去调度第二队列，…以此类推。

当时间片结束后，进程放弃CPU，转入下一级队列。

多级反馈队列示意图：