操做系统中进程调度算法

    调度算法是指根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。

    调度算法要达到的目标:

（1）公平性考量: 让每一个进程尽可能平均的占用CPU;

（2）效率考量: 尽可能增大CPU的吞吐率，让CPU在全部时间基本上处于忙碌状态;

（3）响应时间考量: 让交互用户之间的响应时间达到最小;

（4）回转(TurnAround)： 让批处理用户等待输出的时间尽量的小;

（5）吞吐率(ThroughPut): 让一段时间内CPU尽量多的处理任务;

　　但在实际状况下基本上没法同时知足上述几个条件，所作的只能在其中寻找平衡。进程调度中经常遇到的状况是，每一个进程都有不一样的特色，要想调和这些进程之间的矛盾纠葛，并发挥最大的效益，就要进行管理，而在计算机世界中这个管理者就是操做系统。如下介绍几中调度算法。

    经常使用调度算法：

1、先来先服务和短做业（进程）优先调度算法
    1. 先来先服务调度算法。先来先服务（FCFS）调度算法是一种最简单的调度算法，该算法既可用于做业调度， 也可用于进程调度。FCFS算法比较有利于长做业（进程），而不利于短做业（进程）。由此可知，本算法适合于CPU繁忙型做业， 而不利于I/O繁忙型的做业（进程）。
    2. 短做业（进程）优先调度算法。短做业（进程）优先调度算法（SJ/PF）是指对短做业或短进程优先调度的算法，该算法既可用于做业调度， 也可用于进程调度。但其对长做业不利；不能保证紧迫性做业（进程）被及时处理；做业的长短只是被估算出来的。

2、高优先权优先调度算法
    1. 优先权调度算法的类型。为了照顾紧迫性做业，使之进入系统后便得到优先处理，引入了最高优先权优先（FPF）调度算法。 此算法常被用在批处理系统中，做为做业调度算法，也做为多种操做系统中的进程调度，还能够用于实时系统中。当其用于做业调度， 将后备队列中若干个优先权最高的做业装入内存。当其用于进程调度时，把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程，此时， 又能够进一步把该算法分红如下两种：
    （1）非抢占式优先权算法
    （2）抢占式优先权调度算法（高性能计算机操做系统）

    2. 优先权类型 。对于最高优先权优先调度算法，其核心在于：它是使用静态优先权仍是动态优先权，以及如何肯定进程的优先权。

    3. 高响应比优先调度算法
    为了弥补短做业优先算法的不足，咱们引入动态优先权，使做业的优先等级随着等待时间的增长而以速率a提升。 该优先权变化规律可描述为：优先权=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间；即 =（响应时间）/要求服务时间。

3、基于时间片的轮转调度算法
    1. 时间片轮转法。时间片轮转法通常用于进程调度，每次调度，把CPU分配队首进程，并令其执行一个时间片。 当执行的时间片用完时，由一个记时器发出一个时钟中断请求，该进程被中止，并被送往就绪队列末尾；依次循环。  

    2. 多级反馈队列调度算法。多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法，没必要事先知道各类进程所须要执行的时间，它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。 其实施过程以下：
   1) 设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不一样的优先级。在优先权越高的队列中， 为每一个进程所规定的执行时间片就越小。
   2) 当一个新进程进入内存后，首先放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等候调度。 若是他能在一个时间片中完成，即可撤离；若是未完成，就转入第二队列的末尾，在一样等待调度…… 如此下去，当一个长做业（进程）从第一队列依次将到第n队列（最后队列）后，便按第n队列时间片轮转运行。
   3) 仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1到第（i-1）队列空时， 才会调度第i队列中的进程运行，并执行相应的时间片轮转。
   4) 若是处理机正在处理第i队列中某进程，又有新进程进入优先权较高的队列， 则此新队列抢占正在运行的处理机，并把正在运行的进程放在第i队列的队尾。

       前面介绍的各类用做进程调度的算法都有必定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，并且若是并未指明进程的长度，则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将没法使用。而多级反馈队列调度算法则没必要事先知道各类进程所需的执行时间，并且还能够知足各类类型进程的须要，于是它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。前面介绍的各类用做进程调度的算法都有必定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，并且若是并未指明进程的长度，则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将没法使用。而多级反馈队列调度算法则没必要事先知道各类进程所需的执行时间，并且还能够知足各类类型进程的须要，于是它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。

    其余调度算法：

1、 有保证的调度算法:

    在一个单用户操做系统中，有n个进程在运行，那么每一个进程只能得到CPU处理能力的1/n; 

　  为了进行这个保证，系统必须记录每一个进程建立开始到如今使用CPU的时间数量Th，每一个进程被保证的占用CPU的时间总数T。那么Th/T就是当前进程占用其保证时间的比例，选取当前比例最小的进程执行。

 

2、 Lottery Scheduling（×××调度）：

　　原理是为系统中的进程发放×××，中奖后的奖励就是某种系统资源，好比CPU时间,当调度程序运行的时候，某张×××被随机选择为中奖，持有该×××的用户占用该种资源。某些更加剧要的进程会被给予更多的×××以增长其得到调度的几率。形式化的说法是: 当一个进程占用×××总数的f(0<=f<=1)时,那么进程久得到相应比例的CPU执行时间。

　　×××调度的一个有趣的原理是： 协做进程之间能够互相赠与×××。

3、 实时调度:

　  在许多场合下，获得一个延迟的答案和获得一个错误的答案的效果是同样的，由于在这些场合中时间处于一个至关重要的位置。

    实时调度系统又分为硬实时和软实时，硬实时系统表示每一个进程都必须在截止时间以前执行完毕。软实时指的是超过这个截止时间也是被允许的，这个截止时间只是一个标准，一个进程最好在这个截止时间以前完成，但没有完成也不会出现什么问题。

　　周期性实时调度系统:

    假设系统中有m个周期性的时间，那么就有m个周期性的进程来处理这m个事件，假设每一个事件i的周期是Pi，CPU的处理时间是Ci，那么只有知足下面的条件时这个事件流才会被处理：

                                       Ci / Pi 总和  < 1