操做系统经常使用调度算法

操做系统经常使用调度算法

一．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。当在做业调度中采用该算法时，每次调度都是从后备做业队列中选择一个或多个最早进入该队列的做业，将它们调入内存，为它们分配资源、建立进程，而后放入就绪队列。在进程调度中采用FCFS算法时，则每次调度是从就绪队列中选择一个最早进入该队列的进程，为之分配处理机，使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后才放弃处理机。

优缺点：FCFS调度算法的特色是算法简单，但效率低；对长做业比较有利，但对短做业不利（相对SJF和高响应比）；有利于CPU繁忙型做业，而不利于I/O繁忙型做业。

二．短做业优先调度算法

短做业(进程)优先调度算法SJ(P)F，是指对短做业或短进程优先调度的算法。它们能够分别用于做业调度和进程调度。短做业优先(SJF)的调度算法是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的做业，将它们调入内存运行。而短进程优先(SPF)调度算法则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，使它当即执行并一直执行到完成，或发生某事件而被阻塞放弃处理机时再从新调度。

缺点：须要事先预知做业的运行时间，对长做业很是不利，彻底为考虑紧迫程度，所以不能保证紧迫性做业获得及时解决，采用短做业优先调度算法没法实现人机交互。

三．高优先权优先调度算法

1.优先权调度算法类型

（1）非抢占是优先权调度算法

  在这种方式下，系统一旦把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；或因发生某事件使该进程放弃处理机时，系统方可再将处理机从新分配给另外一优先权最高的进程。这种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

     在这种方式下，系统一样是把处理机分配给优先权最高的进程，使之执行。但在其执行期间，只要又出现了另外一个其优先权更高的进程，进程调度程序就当即中止当前进程(原优先权最高的进程)的执行，从新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。所以，在采用这种调度算法时，是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。若是Pi≤Pj，原进程Pj便继续执行；但若是是Pi>Pj，则当即中止Pj的执行，作进程切换，使i 进程投入执行。显然，这种抢占式的优先权调度算法能更好地知足紧迫做业的要求，故而经常使用于要求比较严格的实时系统中，以及对性能要求较高的批处理和分时系统中。

2.高响应比优先调度算法

  在批处理系统中，短做业优先算法是一种比较好的算法，其主要的不足之处是长做业的运行得不到保证。若是咱们能为每一个做业引入前面所述的动态优先权，并使做业的优先级随着等待时间的增长而以速率a 提升，则长做业在等待必定的时间后，必然有机会分配处处理机。该优先权的变化规律可描述为：
因为等待时间与服务时间之和就是系统对该做业的响应时间，故该优先权又至关于响应比RP。据此，又可表示为：

有上式能够看出：

(1) 若是做业的等待时间相同，则要求服务的时间愈短，其优先权愈高，于是该算法有利于短做业。

(2) 当要求服务的时间相同时，做业的优先权决定于其等待时间，等待时间愈长，其优先权愈高，于是它实现的是先来先服务。

(3) 对于长做业，做业的优先级能够随等待时间的增长而提升，当其等待时间足够长时，其优先级即可升到很高，从而也可得到处理机。简言之，该算法既照顾了短做业，又考虑了做业到达的前后次序，不会使长做业长期得不到服务。所以，该算法实现了一种较好的折衷。固然，在利用该算法时，每要进行调度以前，都须先作响应比的计算，这会增长系统开销。

四．基于时间片的轮转调度算法

1．时间片轮转法

1) 基本原理

在早期的时间片轮转法中，系统将全部的就绪进程按先来先服务的原则排成一个队列，每次调度时，把CPU 分配给队首进程，并令其执行一个时间片。时间片的大小从几ms 到几百ms。当执行的时间片用完时，由一个计时器发出时钟中断请求，调度程序便据此信号来中止该进程的执行，并将它送往就绪队列的末尾；而后，再把处理机分配给就绪队列中新的队首进程，同时也让它执行一个时间片。这样就能够保证就绪队列中的全部进程在一给定的时间内均能得到一时间片的处理机执行时间。换言之，系统能在给定的时间内响应全部用户的请求。

2．多级反馈队列调度算法

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。在采用多级反馈队列调度算法的系统中，调度算法的实施过程以下所述。

(1) 应设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不一样的优先级。第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其他各队列的优先权逐个下降。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同，在优先权愈高的队列中，为每一个进程所规定的执行时间片就愈小。例如，第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍，……，第i+1个队列的时间片要比第i个队列的时间片长一倍。

(2) 当一个新进程进入内存后，首先将它放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如它能在该时间片内完成，即可准备撤离系统；若是它在一个时间片结束时还没有完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾，再一样地按FCFS原则等待调度执行；若是它在第二队列中运行一个时间片后仍未完成，再依次将它放入第三队列，……，如此下去，当一个长做业(进程)从第一队列依次降到第n队列后，在第n 队列便采起按时间片轮转的方式运行。

(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～(i-1)队列均空时，才会调度第i队列中的进程运行。若是处理机正在第i队列中为某进程服务时，又有新进程进入优先权较高的队列(第1～(i-1)中的任何一个队列)，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机，即由调度程序把正在运行的进程放回到第i队列的末尾，把处理机分配给新到的高优先权进程。

多级反馈队列的优点有：

终端型做业用户：短做业优先。

短批处理做业用户：周转时间较短。

长批处理做业用户：通过前面几个队列获得部分执行，不会长期得不处处理。

五．空闲分区非配算法

     （1）首次适应算法。使用该算法进行内存分配时，从空闲分区链首开始查找，直至找到一个能知足其大小要求的空闲分区为止。而后再按照做业的大小，从该分区中划出一块内存分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲分区链中。

    　　该算法倾向于使用内存中低地址部分的空闲分区，在高地址部分的空闲分区不多被利用，从而保留了高地址部分的大空闲区。显然为之后到达的大做业分配大的内存空间创造了条件。缺点在于低址部分不断被划分，留下许多难以利用、很小的空闲区，而每次查找又都从低址部分开始，这无疑会增长查找的开销。

    　（2）循环首次适应算法。该算法是由首次适应算法演变而成的。在为进程分配内存空间时，再也不每次从链首开始查找，而是从上次找到的空闲分区开始查找，直至找到一个能知足要求的空闲分区，并从中划出一块来分给做业。该算法能使空闲中的内存分区分布得更加均匀，但将会缺少大的空闲分区。

    　（3）最佳适应算法。该算法老是把既能知足要求，又是最小的空闲分区分配给做业。

    　　为了加速查找，该算法要求将全部的空闲区按其大小排序后，以递增顺序造成一个空白链。这样每次找到的第一个知足要求的空闲区，必然是最优的。孤立地看，该算法彷佛是最优的，但事实上并不必定。由于每次分配后剩余的空间必定是最小的，在存储器中将留下许多难以利用的小空闲区。同时每次分配后必须从新排序，这也带来了必定的开销。

    　　（4）最差适应算法。最差适应算法中，该算法按大小递减的顺序造成空闲区链，分配时直接从空闲区链的第一个空闲分区中分配（不能知足须要则不分配）。很显然，若是第一个空闲分区不能知足，那么再没有空闲分区能知足须要。这种分配方法初看起来不太合理，但它也有很强的直观吸引力：在大空闲区中放入程序后，剩下的空闲区经常也很大，因而还能装下一个较大的新程序。

    　　最坏适应算法与最佳适应算法的排序正好相反，它的队列指针老是指向最大的空闲区，在进行分配时，老是从最大的空闲区开始查寻。

    　　该算法克服了最佳适应算法留下的许多小的碎片的不足，但保留大的空闲区的可能性减少了，并且空闲区回收也和最佳适应算法同样复杂。

六．虚拟页式存储管理中的页面置换算法

    1.理想页面置换算法(OPT)：这是一种理想的算法，在实际中不可能实现。该算法的思想是：发生缺页时，选择之后永不使用或在最长时间内再也不被访问的内存页面予以淘汰。

    2.先进先出页面置换算法(FIFO)：选择最早进入内存的页面予以淘汰。

    3.最近最久未使用算法（LRU）：选择在最近一段时间内最久没有使用过的页，把它淘汰。

   4.最少使用算法（LFU）：选择到当前时间为止被访问次数最少的页转换。

七．磁盘调度算法

    1.先来先服务算法（FCFS）First Come First Service

这是一种比较简单的磁盘调度算法。它根据进程请求访问磁盘的前后次序进行调度。此算法的优势是公平、简单，且每一个进程的请求都能依次获得处理，不会出现某一进程的请求长期得不到知足的状况。此算法因为未对寻道进行优化，在对磁盘的访问请求比较多的状况下，此算法将下降设备服务的吞吐量，导致平均寻道时间可能较长，但各进程获得服务的响应时间的变化幅度较小。

    二、最短寻道时间优先算法（SSTF） Shortest Seek Time First

该算法选择这样的进程，其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短，该算法能够获得比较好的吞吐量，但却不能保证平均寻道时间最短。其缺点是对用户的服务请求的响应机会不是均等的，于是致使响应时间的变化幅度很大。在服务请求不少的状况下，对内外边缘磁道的请求将会无限期的被延迟，有些请求的响应时间将不可预期。

    三、扫描算法（SCAN）电梯调度

扫描算法不只考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头的当前移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，扫描算法所选择的下一个访问对象应是其欲访问的磁道既在当前磁道以外，又是距离最近的。这样自里向外地访问，直到再无更外的磁道须要访问才将磁臂换向，自外向里移动。这时，一样也是每次选择这样的进程来调度，即其要访问的磁道，在当前磁道以内，从而避免了饥饿现象的出现。因为这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，故又称为电梯调度算法。此算法基本上克服了最短寻道时间优先算法的服务集中于中间磁道和响应时间变化比较大的缺点，而具备最短寻道时间优先算法的优势即吞吐量较大，平均响应时间较小，但因为是摆动式的扫描方法，两侧磁道被访问的频率仍低于中间磁道。

    四、循环扫描算法（CSCAN）

循环扫描算法是对扫描算法的改进。若是对磁道的访问请求是均匀分布的，当磁头到达磁盘的一端，并反向运动时落在磁头以后的访问请求相对较少。这是因为这些磁道刚被处理，而磁盘另外一端的请求密度至关高，且这些访问请求等待的时间较长，为了解决这种状况，循环扫描算法规定磁头单向移动。例如，只自里向外移动，当磁头移到最外的被访问磁道时，磁头当即返回到最里的欲访磁道，即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行扫描。