调度算法(时间片轮转 优先级调度 多级反馈队列)

1. 知识总览

调度算法
(1)时间片轮转调度算法(RR)
(2)优先级调度算法
(3)多级反馈队列调度算法
Tips:各种调度算法的学习思路
1.算法思想
2.算法规则
3.这种调度算法是用于作业调度还是进程调度?
4.抢占式?非抢占式?
5.优点和缺点
6.是否会导致饥饿

2.时间片轮转调度算法(RR)

(1)算法思想
公平地、轮流地为各个进程服务,让每个进程在一-定时间间隔内都可以得到响应
(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。
(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)是否可抢占?
若进程未能在时间片内运行完,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时间片已到
(5)优缺点
优点:公平:响应快,适用于分时操作系统:
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。
(6)是否会导致饥饿
不会

分析时候,时间片大小分别为2和5的情况:
(1)时间片大小为2
在这里插入图片描述
(2)时间片大小为5
在这里插入图片描述
(3)若按照先来先服务调度算法
在这里插入图片描述

3. 优先级调度算法

(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
(2)算法规则
调度时选择优先级最高的作业/进程
(3)用于作业/进程调度
既可用于作业调度,也可用于进程调度。甚至,还会用于在之后会学习的I/O调度中
(4)是否可抢占?
抢占式、非抢占式都有。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)优缺点
优点:用优先级区分紧急程度、重要程度,适用于实时操作系统。可灵活地调整对各种作业/进程的偏好程度。
缺点:若源源不断地有高优先级进程到来,则可能导致饥饿
(6)是否会导致饥饿

补充:

就绪队列未必只有一个,可以按照不同优先级来组织。另外,也可以把优先级高的进程排在更靠近队头的位置

根据优先级是否可以动态改变,可将优先级分为静态优先级和动态优先级两种。

静态优先级:创建进程时确定,之后一直不变。
动态优先级:创建进程时有一个初始值,之后会根据情况动态地调整优先级。

通常:
系统进程优先级高于用户进程
前台进程优先级高于后台进程
操作系统更偏好I/O型进程(或称I/O繁忙型进程)
注:与I/O型进 程相对的是计算型进程(或称CPU繁忙型进程)

I/O设备和CPU可以并行工作。如果优先让I/O繁忙型进程优先运行的话,则越有可能让I/O设备尽早地投入工作,则资源利用率、系统吞吐量都会得到提升

可以从追求公平、提升资源利用率等角度考虑
如果某进程在就绪队列中等待了很长时间,则可以适当提升其优先级
如果某进程占用处理机运行了很长时间,则可适当降低其优先级
如果发现一个进程频繁地进行I/O操作,则可适当提升其优先级

(1)抢占式
在这里插入图片描述
(2)非抢占式
在这里插入图片描述

4. 多级反馈队列调度算法

(1)算法思想
对其他调度算法的折中权衡
(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1级队列,按FCFS原则排队等待被分配时
间片,若用完时间片进程还未结束,则进程进入下一级队列队尾。如果此时已经是在最下级的队列,则重新放回该队列队尾
3.只有第k级队列为空时,才会为k+1级队头的进程分配时间片
(3)用于作业/进程调度
用于进程调度
(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。
(5)优缺点
对各类型进程相对公平(FCFS的优点) ;每个新到达的进程都可以很快就得到响应(RR的优点) ;短进程只用较少的时间就可完成(SPF的优点) :不必实现估计进程的运行时间(避免用户作假) ;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(拓展:可以将因I/O而阻塞的进程重新放回原队列,这样I/O型进程就可以保持较高优先级)
(6)是否会导致饥饿

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5.比较与总结

在这里插入图片描述

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