【操作系统】-- 先来先服务算法(FCFS)、短作业优先算法(SJF)、高响应比调度算法(HRRN)

本文详细介绍了三种早期批处理系统常用的作业调度算法:先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)和高响应比优先(HRRN)。FCFS算法公平但效率较低,SJF追求最小平均等待时间但可能导致长作业饥饿,而HRRN通过综合等待时间和服务时间避免了饥饿问题。每种算法的优缺点、计算示例及适用场景都有所阐述。

一、先来先服务(FCFS)

1、算法思想

主要从公平的角度考虑。

2、算法规则

按照 作业/进程 到达的先后顺序进行服务。

3、是否可抢占

非抢占式算法。

4、是否可导致饥饿

不会导致饥饿。

5、优缺点

优点:公平、算法实现简单。

缺点:对长作业有利,对短作业不利。

6、例题

例:各进程到达就绪队列的时间、需要运行时间如下表,使用先来先服务调度算法,计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

进程到达时间运行时间
P107
P224
P341
P454

 

答:

周转时间 = 完成时间 - 到达时间

P1 = 7-0 = 7;P2 = 11-2 = 9;P3 = 12-4 = 8;P4 = 16-5 = 11

带权周转时间 = 周转时间 / 运行时间

P1 = 7/7 = 1;P2 = 9/4 = 2.25;P3 = 8/1 = 8;P4 = 11/4 = 2.75

等待时间 = 周转时间 - 运行时间(此例题进程到达后要么等待要么运行)

P1 = 7-7 = 0;P2 = 9-4 = 5;P3 = 8-1 = 7;P4 = 11-4 = 7

平均周转时间 = (7+9+8+11)/4 = 8.75

平均带权周转时间 = (1+2.25+8+2.75)/4 = 3.5

平均等待时间 = (0+5+7+7)/4 = 4.75

二、短作业优先(SJF)

1、算法思想

追求最少的平均等待时间、最少的平均周转时间和平均带权周转时间。

2、算法规则

最短的 作业/进程 优先得到服务。

3、是否可抢占

非抢占式,

抢占式版本:最短剩余时间优先算法。

4、是否会导致饥饿

 会,如果有源源不断的短作业到来,可能使长作业长时间得不到服务。

5、优缺点

优点:“最短的“平均等待时间、平均周转时间

缺点:不公平,对短作业有利,对长作业不利,可能产生饥饿现象。

6、例题

例:各进程到达就绪队列的时间、需要运行时间如下表,使用非抢占式的短作业优先调度算法,计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

进程到达时间运行时间
P107
P224
P341
P454

答:

 

周转时间 = 完成时间 - 到达时间

P1 = 7-0 = 7;P3 = 8-4 = 4;P2 = 12-2 = 10;P4 = 16-5 = 11

带权周转时间 = 周转时间 / 运行时间

P1 = 7/7 = 1;P3 = 4/1 = 4;P2 = 10/4 = 2.5;P4 = 11/4 = 2.75

等待时间 = 周转时间 - 运行时间(此例题进程到达后要么等待要么运行)

P1 = 7-7 = 0;P3 = 4-1 = 3;P2 = 10-4 = 6;P4 = 11-4 = 7

平均周转时间 = (7+4+10+11)/4 = 8

平均带权周转时间 = (1+4+2.5+2.75)/4 = 2.56

平均等待时间 = (0+3+6+7)/4 = 4

三、高响应比优先(HRRN)

1、算法思想

要综合考虑 作业/进程 的等待时间和要求服务时间

2、算法规则

在每次调度时先计算各个 作业/进程 的响应比,选择响应比最高的 作业/进程 为其服务。

响应比 = 等待时间+要求服务时间 / 要求服务时间

3、是否可抢占

非抢占式算法

4、是否会导致饥饿

不会

5、优缺点

综合考虑了等待时间和运行时间,

等待时间相同,要求服务时间短的优先,

要求服务时间相同,等待时间长的优先,

对于长作业,等待时间越久,响应比也会越来也大,从而避免了长作业饥饿问题。

6、例题

例:各进程到达就绪队列的时间、需要运行时间如下表,使用高响应比优先调度算法,计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

进程到达时间运行时间
P107
P224
P341
P454

答:

 0时刻:P1到达就绪队列,P1占用CPU

7时刻:P1主动放弃CPU,就绪队列有P2(响应比=(5+4)/4=2.25)、P3((3+1)/1=3)、P4((2+4)/4=1.5)

8时刻:P3完成,P2(2.5)、P4(1.75)

12时刻:P2完成,就绪队列只剩P4

以上三种算法一般适用于早期的批处理系统,不适用于交互式系统,FCFS算法常结合其他算法使用。

下篇文章是适用于交互式系统的调度算法。

1. 实验目的 调度的实质是操作系统按照某种预定的策略来分配资源。进程调度的目的是分配CPU资源。由于进程调度程序执行的频率很高,因此调度算法的好坏直接影响到操作系统的性能。本实验的目的是编程模拟实现几种常用的进程调度算法,通过对几组进程分别使用不同的调度算法,计算进程的平均周转时间和平均带权周转时间,比较各种算法的性能优劣。 2. 实验原理 [1]. 进程调度算法描述 进程调度算法包括先来先服务调度算法、最短作业时间优先(抢占式和非抢占式)、最高响应比调度算法4种。(每个人必须做FCFS,然后在后面的三种中任选一种,即每个人必须做2种调度算法的模拟。) [2]. 衡量算法性能的参数 计算进程的平均周转时间和平均带权周转时间。 3. 实验内容 (1)编程实现本实验的程序,要求: [1]. 建立进程的进程控制块,进程控制块至少包括: a) 进程名称; b) 进程需要执行时间; c) 进入就绪队列时间; d) 进程执行开始时间 e) 进程执行结束时间 [2]. 编程实现调度算法。 [3]. 进程及相关信息的输入。这些信息可以直接从键盘上输入,也可以从文件读取。 [4]. 时间片与时间流逝的模拟。本实验需要对算法的执行计时,程序应该提供计算时间的方法。一种最简单的方法是使用键盘,比如每敲一次空格代表一个时间片的流逝。另一种方法是使用系统时钟。 [5]. 一组进程序列执行完毕,打印出结果信息。程序需要计算出每个进程的开始执行时间、结束时间、周转时间和带权周转时间,并为整个进程序列计算平均周转时间和平均带权周转时间。程序将计算结果按一定的格式显示在计算机屏幕上或输出到文件中。打印出进程调度顺序图。 [6]. 实现数据在磁盘文件上的存取功能。 (2)对下列就绪进程序列分别使用上面的几种算法进行调度,计算每种算法下的平均周转时间和平均带权周转时间。 进程号 到达时间 要求执行时间 0 0 1 1 1 35 2 2 10 3 3 5 4 6 9 5 7 21 6 9 35 7 11 23 8 12 42 9 13 1 10 14 7 11 20 5 12 23 3 13 24 22 14 25 31
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