操作系统核心功能进程调度算法

进程调度算法是操作系统核心功能之一，用于决定在多个进程就绪时，哪个进程获得 CPU 执行权。以下是常见的 进程调度算法分类和详解：

---

 一、非抢占式调度算法

进程一旦获得 CPU，除非它自己释放（如阻塞或完成），否则系统不会强制剥夺它的 CPU 使用权。

1. 先来先服务（FCFS，First-Come, First-Served）

• 原理：按进程到达时间顺序执行。

• 优点：实现简单。

• 缺点：可能导致“长作业延迟短作业”（convoy effect）。

• 适用场景：适合对响应时间要求不高的系统。

---

2. 最短作业优先（SJF，Shortest Job First）

• 原理：优先调度运行时间最短的进程。

• 优点：平均等待时间最短。

• 缺点：长作业可能一直得不到执行（饥饿），需要估计执行时间。

• 变种：最短剩余时间优先（SRTF）是 SJF 的抢占式版本。

---

 二、抢占式调度算法

允许操作系统在某些条件下中断当前进程，将 CPU 分配给其他进程。

3. 时间片轮转（RR，Round Robin）

• 原理：每个进程获得固定时间片，时间到就切换下一个进程。

• 优点：响应性好，适用于交互式系统。

• 缺点：大量上下文切换可能影响效率。

• 关键参数：时间片长度设置对系统性能有重要影响。

---

4. 优先级调度（Priority Scheduling）

• 原理：每个进程有优先级，调度时选择优先级最高的进程。

• 类型：

  • 静态优先级：进程创建时确定。

  • 动态优先级：根据进程行为动态调整。

• 问题：低优先级进程可能饿死，解决方法是优先级老化（priority aging）。

---

5. 多级反馈队列调度（Multilevel Feedback Queue, MLFQ）

• 原理：结合优先级调度与时间片轮转，进程根据行为在多个队列中上下移动。

• 机制：

  • 新进程进入高优先级队列。

  • 如果未完成，会被降低到低优先级队列。

  • 适应不同类型进程（短任务优先，长任务逐步调低）。

• 优点：兼顾公平性与效率。

• 缺点：实现复杂，参数调优难。

---

三、实时系统调度算法（Real-time Scheduling）

用于对响应时间有严格要求的系统：

6. 最早截止时间优先（EDF，Earliest Deadline First）

• 原理：按照任务截止时间的早晚调度，截止时间越早优先级越高。

• 应用：硬实时系统。

7. 比例公平调度（CFS，Completely Fair Scheduler）

• Linux调度器：当前 Linux 默认调度算法。

• 原理：维护一个红黑树，每个进程都有“虚拟运行时间”，调度最少用 CPU 的进程。

• 优点：兼顾公平性和响应性，适用于多核系统。

---

四、调度算法对比

算法	是否抢占	平均等待时间	响应性	公平性	适用场景
FCFS	否	一般	差	差	批处理
SJF	否	最优	差	差	批处理
RR	是	一般	好	好	交互式系统
优先级调度	可抢占	不一定	一般	差	实时系统等
MLFQ	是	优	好	较好	通用系统
CFS	是	平衡	好	好	Linux系统