看这篇文章前可以先了解一下时间片：Linux 学习笔记（七）：时间片_Amentos的博客-CSDN博客

一、基本概念

时间片轮转调度算法（Round-Robin，RR）主要用于分时操作系统中的进程调度。是一种最古老、最简单、最公平、使用最广的调度算法。

系统为每个进程分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。若进程在时间片结束时还在运行（进程未完成），则 CPU 将被强制剥夺并分配给另一个进程；若进程在时间片结束前就阻塞或结束了，则 CPU 在阻塞或结束时当即进行切换并分配给另一个进程。

二、实现原理

为了实现轮转调度，系统会把所有处于就绪态的进程按先入先出的原则排成一个队列 —— 就绪队列，新来的进程加到就绪队列末尾。

每当执行进程调度时，调度程序总是选出就绪队列的队首进程，然后让它在 CPU 上运行一个时间片的时间（时间片是一个很小的时间单位，通常为 10~100ms 数量级）。当进程用完分配给它的时间片后，系统的计时器发会出时钟中断，调度程序就停止该进程的运行，并把该进程放入就绪队列的末尾。然后，又把 CPU 转移给就绪队列新的队首进程，同样也让它运行一个时间片，如此往复。

这样的调度算法可以保证就绪队列中的所有进程，在一给定的时间内，都能获得一时间片的处理机执行时间。调度程序要做的就是维护这张就绪进程列表，当进程用完它的时间片后，会被移到列表的末尾。

三、进程调度

采用时间片轮转调度算法的系统，其程序就绪队列往往按照进程到达的时间来排序。进程调度程序总是选择就绪队列中的第一个进程运行，也就是按照先来先服务的原则进行调度。

但一个进程占用处理机时，一次只能使用一个时间片的时间。在使用完一个时间片后，如果该进程还没有完成运行，它必须释放出处理机给下一个就绪的进程，而被抢占的进程则返回到就绪队列的末尾重新排队并等待再次运行。

一个处理器同一个时间只能处理一个任务，当有多个任务需要处理的时候，就要看这些任务请求的时间顺序。如果时间一致，就要进行预测。挑到一个任务后，需要若干步骤才能做完，这些步骤中有些需要处理器参与，有些不需要（如磁盘控制器的存储过程）。不需要处理器参与的时候，这部分时间就要分配给其他的进程，原来的进程就要处于等待的时间段上。经过系统周密的时间分配，宏观上就像是多个任务同时进行，但微观上是有先后顺序的，也就是时间片轮换。

四、时间片的长度

时间片轮转调度中有趣的一点是时间片的长度。从一个进程切换到另一个进程是需要一定时间的 —— 保存和装入寄存器值及内存映像、更新各种表格和队列等都是需要时间的。

假如进程切换（process switch）【有时也称为上下文切换（context switch）】，需要 5 毫秒，再假设时间片设置为 20 毫秒。则 CPU 在做完 20 毫秒有用的工作之后，还将花费 5 毫秒来进行进程的切换。也就是说 CPU 时间的 20%（ 5/(20+5) ）都浪费在管理开销上。

为了提高 CPU 使用的效率，我们将时间片设置为 500 毫秒，这样 CPU 浪费的时间只有 1% 不到。但是时间片设置得越长越好吗？如果在一个分时系统中，有十个交互用户几乎同时按下了回车键，会发生什么情况？假设前九个进程都用足了它们的时间片，那么最后一个不幸的进程必须等待将近 5 秒才能获得运行的机会。如果恰好最后一个运行的进程只是一条简短的命令，却要 5 秒才能做出响应，这样对用户的使用体验非常不好。同样的问题在一台支持多道程序的个人计算机上也会发生。

所以结论总结如下：时间片太短会导致过多的进程切换，降低了 CPU 利用效率；而时间片太长又可能导致对较短交互请求的响应变差。所以需要寻找一个合适的时间片长度，平衡 CPU 效率和交互响应效果（100毫秒通常是一个比较合理的折中值）。

五、其它调度算法

除时间片轮转调度外，还有很多其它的进程调度算法，它们各有各的优缺点，可以自行查阅资料详细了解。

1、先来先服务调度算法

按照进程进入就绪队列的先后顺序进行调度并分配处理机执行。

先来先服务调度算法（first come first service，FCFS）是一种非抢占式的算法，先进入就绪队列的进程，先分配处理机运行。一旦一个进程占有了处理机，它就一直运行下去，直到该进程完成工作或因为等待某事件发生而不能继续运行时（阻塞），才释放出处理机。

2、短作业（进程）优先调度算法

对短作业或短进程进行优先调度的算法，可分别用于作业调度和进程调度。

短作业优先调度算法（shortest job first，SJF）是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存运行。

短进程优先调度算法（shortest process first，SPF）是从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它，并让它立即执行并一直执行，直到该进程完成或发生某事件而被阻塞放弃处理机时再重新调度。

3、多级反馈队列调度算法

设置多个就绪队列，并分别赋予不同的优先级。队列 1 的优先级最高，队列 2 次之，其余各队列优先权逐个降低。每个队列执行时间片的长度也不同，规定优先级越低则时间片越长（如：队列 2 的时间片要比队列 1 的时间片长一倍，……，队列 i+1 的时间片要比队列 i 的时间片长一倍）。

（1）当一个新进程进入内存后，首先将它放入队列 1 的末尾，并按照 FCFS 原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如果它能在一个时间片内完成，便可以准备撤离系统；如果它在一个时间片结束时尚未完成，调度程序便将该进程转入队列 2 的末尾，并同样按照 FCFS 原则排队等待调度执行。如果该进程在队列 2 中运行一个时间片后仍未完成，则依次将它放入队列 3 的末尾。……如此下去，当进程降到最后一个队列——队列 n 时，则切换为 “时间片轮转” 算法进行调度直到完成。

（2）只有当优先级较高的队列为空时，才能调度优先级较低的队列中的进程并执行。如果进程执行过程中有新进程进入优先级更高的队列，则抢先执行这个新进程，并将被抢先的进程投入原队列的末尾。

多级反馈队列调度算法又称反馈循环队列或多队列策略。主要思想是将就绪进程分为两级或多级，系统相应地建立两个或多个就绪进程队列，优先级较高的队列一般分配较短的时间片。处理器调度先从高级就绪进程队列中选取可占有处理器的进程，当选取不到时，再从较低级的就绪进程队列中进行选取。

4、高优先权优先调度算法

为了照顾紧迫型作业，使之在进入系统后获得优先处理，引入了最高优先权优先调度算法（first priority first，FPF）。此算法常被用于批处理系统中，作为作业调度算法，也作为多种操作系统中的进程调度算法，还可用于实时系统中。

该算法用于作业调度时，系统将从后备队列中选择若干个优先权最高的作业装入内存。

该算法用于进程调度时，系统把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程，这时又可进一步把该算法分成如下两种。

（1）非抢占式优先权调度算法

这种方式下，系统一旦将处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后，该进程便一直执行下去，直至完成；或者因发生某事件使得该进程放弃处理机时，系统方可将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。非抢占式调度算法主要用于批处理系统中，也可用于某些对实时性要求不严的实时系统中。

（2）抢占式优先权调度算法

这种方式下，系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程，使之执行。但是在该进程执行期间，如果出现了另一个优先权更高的进程，调度程序就会立即停止当前进程（原优先权最高的进程）的执行，并重新将处理机分配给最新的优先权最高的进程。

因此，在采用抢占式调度算法时，每当系统中出现一个新的就绪进程 i 时，就将其优先权 Pi 与正在执行的进程 j 的优先权 Pj 进行比较:

① 如果 Pi ≤ Pj，原进程 j 继续执行

② 如果 Pi > Pj，则立即停止原进程 j 的执行，并做进程切换，使进程 i 投入执行

显然，抢占式的调度算法能更好地满足紧迫作业的要求，所以常用于对实时性要求严格的实时系统、以及对性能要求较高的批处理和分时系统中。

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