操作系统中进程调度算法详解及例题解释「建议收藏」

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

文章目录

• 1. 先来先服务（FCFS，first come first serve）
  • 1.1 算法思想
  • 1.2 算法规则
  • 1.3 用于作业/进程调度
  • 1.4 是否可抢占
  • 1.5 优缺点
  • 1.6 是否会导致饥饿
• 2. 短作业优先（SJF，shortest job first）
  • 2.1 算法思想
  • 2.2 算法规则
  • 2.3 用于作业/进程调度
  • 2.4 是否可抢占
  • 2.5 优缺点
  • 2.6 是否会导致饥饿
• 3. 高响应比优先（HRRN）
  • 3.1 算法思想
  • 3.2 算法规则
  • 3.3 用于作业/进程调度
  • 3.4 是否可抢占
  • 3.5 优缺点
  • 3.6 是否会导致饥饿
• 4. 时间片轮转（RR，round-robin）
  • 4.1 算法思想
  • 4.2 算法规则
  • 4.3 用于作业/进程调度
  • 4.4 是否可抢占
  • 4.5 优缺点
  • 4.6 是否会导致饥饿
• 5. 优先级调度
  • 5.1 算法思想
  • 5.2 算法规则
  • 5.3 用于作业/进程调度
  • 5.4 是否可抢占
  • 5.5 优缺点
  • 5.6 是否会导致饥饿
• 6. 多级反馈队列
  • 6.1 算法思想
  • 6.2 算法规则
  • 6.3 用于作业/进程调度
  • 6.4 是否可抢占
  • 6.5 优缺点
  • 6.6 是否会导致饥饿
• 7.例题解析
  • 7.1 先来先服务
  • 7.2 短作业优先
  • 7.2.1 最短时间剩余
  • 7.3 高响应比
  • 7.4 时间片轮转
  • 7.5 优先级调度
  • 7.6 多级反馈队列

1. 先来先服务（FCFS，first come first serve）

1.1 算法思想

主要从“公平”的角度考虑

1.2 算法规则

按照作业/进程到达的先后顺序进行服务。

1.3 用于作业/进程调度

用于作业调度时，考虑的是哪个作业先到达后备队列；用于进程调度时，考虑的是哪个进程先到达就绪队列

1.4 是否可抢占

非抢占式的算法

1.5 优缺点

1. 优点：公平，算法实现简单
2. 缺点：排在长作业（进程）后面的短作业需要等待很长时间，带权周转时间很大，对短作业来说用户体验不好。即FCFS对长作业有利，对短作业不利。

1.6 是否会导致饥饿

不会

2. 短作业优先（SJF，shortest job first）

2.1 算法思想

追求最少的平均等待时间最少的平均周转时间，最少的平均带权周转时间

2.2 算法规则

最短的作业、进程优先得到服务（所谓“最短”，是指要求服务时间最短）

2.3 用于作业/进程调度

2种都可以。。 用于进程调度时被称为“短进程优先算法”（SPF，shortest process first）

2.4 是否可抢占

SJF和SPF是非抢占式算法，但也有抢占式的版本——最短剩余时间优先算法（SRTN，shortest remaining time next）

2.5 优缺点

1. 优点：“最短的”平均等待时间，平均周转时间
2. 缺点：不公平。对短作业有利，对长作业不利。可能产生饥饿现象。另外，作业/进程的运行时间是由用户提供的，并不一定真实，不一定能做到真正的短作业优先。

2.6 是否会导致饥饿

会，如果源源不断地有短作业/进程到来，可能使长作业/进程长时间得不到服务，产生“饥饿”现象。如果一直得不到服务，则称为“饿死”。

3. 高响应比优先（HRRN）

3.1 算法思想

综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务的时间

3.2 算法规则

在每次调度时先计算各个作业/进程的响应比，选择响应比最高的作业/进程为其服务。

响应比 = （等待时间 + 要求服务时间） /  要求服务时间

3.3 用于作业/进程调度

都可以

3.4 是否可抢占

是非抢占式算法，因此只有当前运行的作业/进程主动放弃处理机时，才需要调度，才需要计算响应比。

3.5 优缺点

1. 综合考虑了等待时间和运行时间（要求服务时间）
2. 等待时间相同是，要求服务时间短的优先（SJF的优点）
3. 要求服务时间相同时，等待时间长的优先（FCFS的优点）
4. 对于长作业来说，随着等待时间越来越久，其响应比也会越来越大，从而避免了长作业饥饿的问题。

3.6 是否会导致饥饿

不会

4. 时间片轮转（RR，round-robin）

4.1 算法思想

公平的，轮流地为各个进程服务，让每一个进程在一定时间间隔内都可以得到相应。

4.2 算法规则

按照各进程到达就绪队列的顺序，轮流让各个进程执行一个时间片（如100ms）。若进程未在一个时间片内执行完，则剥夺处理机，将进程重新放到就绪队列队尾重新排队。

4.3 用于作业/进程调度

用于进程调度（只有作业放入内存建立了相应的进程后，才能被分配处理机时间片）

4.4 是否可抢占

可抢占式。若进程在时间片内运行完，将被强行剥夺处理机使用权，因此时间片轮转调度算法属于抢占式的算法。由时钟装置发出时钟中断来通知CPU时间已到。

4.5 优缺点

1. 优点：公平，响应快，适用于分时操作系统。
2. 缺点：由于高频率的进程切换，因此有一定开销；不区分任务的紧急程度。

4.6 是否会导致饥饿

不会。

5. 优先级调度

5.1 算法思想

随着计算机的发展，特别是实时操作系统的出现，越来越多的应用场景需要根据任务的紧急程度来决定处理顺序。

5.2 算法规则

每个作业/进程有各自的优先级，调度时选择优先级最高的作业/进程

5.3 用于作业/进程调度

都可以。甚至，还会用于I/O调度中。

5.4 是否可抢占

抢占/非抢占都有。区别在于非抢占式只需在进程主动放弃处理机时进行调度即可，而抢占式还需在就绪队列变化时，检查是否会发生抢占。

5.5 优缺点

1. 用优先级区分紧急程度，重要程度，适用于实时操作系统。可灵活的调整对各种作业/进程的偏好程度。
2. 若源源不断地有高优先级进程到来，则可能导致饥饿。

5.6 是否会导致饥饿

会

6. 多级反馈队列

6.1 算法思想

对其他调度算法的折中权衡。

6.2 算法规则

1. 设置多级就绪队列，各级队列优先级从高到低，时间片从小到大
2. 新进程到达时先进入第一队列……
3. 只有第k即队列为空时，才会为第 k+1 级对头的进程分配时间片

6.3 用于作业/进程调度

用于进程调度。

6.4 是否可抢占

抢占式的算法。在k级队列的进程运行过程中，若更上级的队列（1-【k-1】级）中进入了一个新进程，则由于新进程处于优先级更高的队列中，因此新进程会抢占处理机，原来运行的进程放回k级队列队尾。

6.5 优缺点

1. 对各类型进程相对公平（FCFS优点）
2. 每个新到达的进程都可以很快得到相应（RR的优点）
3. 短进程只用较少的时间就可完成（SPF的优点）
4. 不必实现估计进程的运行时间（避免用户作假）
5. 可灵活地调整对各类进程的偏好程度，比如CPU密集型进程，I/O密集型进程

6.6 是否会导致饥饿

会

7.例题解析

7.1 先来先服务

在这里插入图片描述

7.2 短作业优先

在这里插入图片描述

7.2.1 最短时间剩余

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7.3 高响应比

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7.4 时间片轮转

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7.5 优先级调度

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7.6 多级反馈队列

在这里插入图片描述

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