调度算法
调度的实质就是一种资源分配。不同的系统和系统目标，通常采用不同的调度算法——适合自己的才是最好的。
1）如批处理系统为照顾为数众多的短作业，应采用短作业优先的调度算法；
2）如分时系统为保证系统具有合理的响应时间，应采用轮转法进行调度。
3）目前存在的多种调度算法中，有的算法适用于作业调度，有的算法适用于进程调度；但有些算法作业调度和进程调度都可以采用。
一.先来先服务调度算法FCFS (First Come First Service)
一种最简单的调度算法，按先后顺序进行调度。既可用于作业调度，也可用于进程调度。
按照作业提交，或进程变为就绪状态的先后次序分派CPU；
新作业只有当当前作业或进程执行完或阻塞才获得CPU运行
被唤醒的作业或进程不立即恢复执行，通常等到当前作业或进程出让CPU。 （所以，默认即是非抢占方式）
1.不足：短作业C的带权周转时间竟高达100，这是不能容忍的；而长作业D的带权周转时间仅为1.99。
2.关于应用：有利于CPU繁忙型的作业，而不利于I/O繁忙的作业（进程）。
1）从程序规模上看，一般I/O繁忙型作业CPU进行处理的用时相对比较短，CPU繁忙型的作业相对较长。而FCFS不利于短作业，I/O繁忙型作业一旦排队靠后就会处于劣势。
2）另一方面，I/O繁忙型作业需频繁的请求I/O，即使排队靠前，但由于I/O请求阻塞，重新排队可能就会排到队尾（这一情况在其他算法下也是普遍的，但不同的算法，排队情况不同，相对的在照顾公平性上也会有所不同）。
3）目前大多数事务处理都属于I/O繁忙型作业。
PS：
1.各种时间的标识
到达时间：a
执行时间长度：b
开始时间：c
完成时间：d=c+b
周转时间长度：t=d-a
带权周转时间：w=t/b
2.CPU繁忙型：CPU计算多，输入输出少。
I/O繁忙型：CPU计算少，输入输出多。
二.短作业（进程）优先调度算法SJF/SPF
1.优点：通过上表可见采用SJF/SPF算法，平均周转时间、平均带权周转时间都有明显改善。SJF/SPF调度算法能有效的降低作业的平均等待时间，提高系统吞吐量。
2.方式：分抢占和非抢占两种方式，上例为简单的非抢占式。
3.不足：
1）对短作业有利，但同时造成了对长作业的不利。
2）由于作业（进程）的长短含主观因素，不一定能真正做到短作业优先。
3）未考虑作业的紧迫程度，因而不能保证紧迫性作业（进程）的及时处理。
三.高优先权优先调度算法HPF（Highest Priority First）
照顾紧迫性作业，使其获得优先处理而引入调度算法。常用于批处理系统中的作业调度算法，以及多种操作系统中的进程调度算法
1.分两种方式：
1）非抢占式优先权算法
2）抢占式优先权算法 关键点：新作业产生时
2.优先权的类型
1）静态优先权：创建进程时确定，整个运行期间保持不变。一般利用某一范围 的一个整数来表示，又称为优先数。
2）动态优先权：创建进程时赋予的优先权可随进程的推进或随其等待时间的增 加而改变。
/*PS：关于进程优先权的确定？依据如下：
- 进程类型：一般来，系统进程高于用户进程。
- 进程对资源的需求：如进程的估计时间及内存需要量的多少，对要求少的进程赋予较高优先权。
- 用户要求：由用户进程的紧迫程度及用户所付费用的多少来确定优先权的。*/
3.高响应比优先调度算法HRRN（Highest Response Raito Next）
1）短作业优先算法是一种比较好的算法（相当于根据作业长度设定的静态优先权算法），适用于短作业较多的批处理系统中，其主要不足是长作业的运行得不到保证。
2）HRRN为每个作业引入动态优先权，使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a 提高：
优先权 =（等待时间+要求服务时间)/要求服务时间 = 响应时间/要求服务时间
PS：
1.该方法对不同作业都有照顾（每一个新来的作业优先级都是1）
1）同时到达的作业优先权相同。
初始t=0，随着时间增长，如果等待时间 t 相同，执行时间愈短的优先权愈高，利于短作业。
对于长作业，作业的优先级可以随等待时间的增加而提高，当其等待时间足够长也可获得处理机。长作业有照顾。（来了很久的作业优先权一定高于新来的短作业）
2）当执行时间相同的作业，优先权的高低决定于其等待时间的长短，也就是先来先服务。
2.什么时候计算各进程的响应比优先权？
需要进行调度选择的时候比较各自优先权
1）作业完成时
2）新作业产生时（抢占、非抢占）
3）时间片完成时
4）进程阻塞时
四.基于时间片的轮转调度算法RR(Round Robin)
1.分时系统新需求：及时响应用户的请求；采用基于时间片的轮转式进程调度算法。
1）调度过程：
○1将系统中所有的就绪进程按照FCFS原则，排成一个队列。
○2每次调度时将CPU分派给队首进程，让其执行一个时间片。时间片的长度从几个ms到几百ms。
○3在一个时间片结束时，发生时钟中断。
○4调度程序据此暂停当前进程的执行，将其送到就绪队列的末尾，并通过上下文切换执行当前就绪的队首进程。
2）缺点：
进程阻塞情况发生时，未用完时间片也要出让CPU。
能够及时响应，但没有考虑作业长短等问题。
3）时间片长度的选择要与完成一个基本的交互过程所需的时间相当，保证一个基本的交互过程可在一个时间片内完成。
设置不合适反而都会导致响应时间长。
○1过长会怎样？——FCFS
○2过短会怎样？——频繁切换
影响时间片长度的主要因素：系统的处理能力和系统的负载状态。
2.早期分时系统采用的是简单的时间片轮转法，进入90年代后广泛采用多级反馈队列调度算法FB(Multiple-level Feed Back Queue)。
1）当一个新进程进入内存，引发的调度过程
○1准备调度：先将它放入第一个队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。
○2IF时间片内完成，便可准备撤离系统；
○3IF时间片内未能完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾等待再次被调度执行。
○4当第一队列中的进程都执行完，系统再按FCFS原则调度第二队列。在第二队列的稍放长些的时间片内仍未完成，再依次将它放入第三队列。
○5依次降到第n队列后，在第n队列中便采取按时间片轮转的方式运行。
2）特点：多个就绪队列，循环反馈
动态优先级、时间片轮转
○1设置多个就绪队列，各队列有不同的优先级,优先级从第一个队列依次降低。
○2赋予各队列进程执行时间片大小不同, 优先权越高，时间片越短。
3）多级反馈队列调度算法的性能
多级反馈队列调度算法具有较好的性能，能较好的满足各种类型用户的需要。
终端型作业用户。大多属于较小的交互性作业，只要能使作业在第一队列的时间片内完成，便可令用户满意。
短批处理作业用户。周转时间仍然较短，至多在第二到三队列即可完成。
长批处理作业用户。将依次在1~n级队列中轮转执行，不必担心作业长期得不到处理。
PS：
注意：
1.各队列的时间片逐渐增大。优先级逐渐降低
2.仅当优先权高的队列（如第一队列）空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1~（i-1）队列均空时，才会调度第i队列中的进程运行。
3.高优先级抢占问题:
1）第i队列中为某进程正占有CPU，又有新进程进入优先权较高的队列（第1~i-1队中）；
2）被抢占的进程放回原就绪队列末尾。
五.优先级倒置的解决方法
一种简单的解决方法-中断禁止：
1.假如进程P3在进入临界区后，P3所占用的处理机就不允许被抢占。
2.如果系统中的临界区都较短且不多，该方法是可行的。
3.反之，如果P3临界区非常长，则高优先级进程P1仍会等待很长的时间，其效果是无法令人满意的。
4.还要防止P3在临界区出现死循环。
另一种较为实用的方法：
1.当高优先级进程P1要进入临界区使用临界资源R时，如果已有一个低优先级进程P3正在使用该资源；
2.此时一方面P1被阻塞，另一方面由P3继承P1的优先级，并一直保持到P3退出临界区。
