操作系统调度：概念、层次与算法解析-优快云博客

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该章节包括：
2.6 调度的概念、层次
2.7 进程调度的时机、切换与过程、方式
2.8 调度器/调度程序/闲逛线程
2.9 调度算法的评价指标
2.10 FCFS、SJF、HRRN调度算法
2.11 调度算法（交互式）

2.6 调度的概念、层次

本小节知识概览

2.6.1 基本概念

当有一堆任务要处理，但由于资源有限，这些事情没法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序，这就是“调度”研究的问题。

在多道程序系统中，进程的数量往往是多于处理机的个数的，这样不可能同时并行地处理各个进程。

处理机调度，就是从就绪队列中按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程的并发执行。

2.6.2 三个层次

高级调度〈作业调度〉

由于内存空间有限，有时无法将用户提交的作业全部放入内存，因此就需要确定某种规则来决定将作业调入内存的顺序。

高级调度〈作业调度〉。按一定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选一个(或多个〉作业，给他们分配内存等必要资源，并建立相应的进程（建立PCB），以使它（们）获得竞争处理机的权利。

高级调度是辅存（外存）与内存之间的调度。每个作业只调入一次，调出一次。作业调入时会建立相应的PCB，作业调出时才撤销PCB。高级调度主要是指调入的问题，因为只有调入的时机需要操作系统来确定，但调出的时机必然是作业运行结束才调出。

中级调度（内存调度）

引入了虚拟存储技术之后，可将暂时不能运行的进程调至外存等待。等它重新具备了运行条件且内存又稍有空闲时，再重新调入内存。

这么做的目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。

暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态。值得注意的是，PCB并不会一起调到外存，而是会常驻内存。PCB中会记录进程数据在外存中的存放位置，进程状态等信息，操作系统通过内存中的PCB来保持对各个进程的监控、管理。被挂起的进程PCB会被放到的挂起队列中。

中级调度（内存调度），就是要决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存。

一个进程可能会被多次调出、调入内存，因此中级调度发生的频率要比高级调度更高！

低级调度（进程调度）

低级调度（进程调度），其主要任务是按照某种方法和策略从就绪队列中选取一个进程，将处理机分配给它。
进程调度是操作系统中最基本的一种调度，在一般的操作系统中都必须配置进程调度。进程调度的频率很高，一般几十毫秒一次。

2.6.3 三层调度的联系、对比

2.6.4 补充知识

2.6.5 本小节总结

2.7 进程调度的时机、切换与过程、方式

本小节知识概览

2.7.1 进程调度的时机

进程调度（低级调度），就是按某种算法从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机

2.7.2 切换与过程

“狭义的进程调度”与“进程切换”的区别:

狭义的进程调度指的是从就绪队列中选中一个要运行的进程。(这个进程可以是刚刚被暂停执行的进程，也可能是另一个进程，后一种情况就需要进程切换)

进程切换是指一个进程让出处理机，由另一个进程占用处理机的过程。

广义的进程调度包含了选择一个进程和进程切换两个步骤。

进程切换的过程主要完成了:

对原来运行进程各种数据的保存
对新的进程各种数据的恢复
(如:程序计数器、程序状态字、各种数据寄存器等处理机现场信息，这些信息一般保存在进程控制块)

注意: 进程切换是有代价的，因此如果过于频繁的进行进程调度、切换，必然会使整个系统的效率降低，使系统大部分时间都花在了进程切换上，而真正用于执行进程的时间减少。

2.7.3 进程调度的方式

2.7.4 总结

2.8 调度器/调度程序/闲逛线程

闲逛进程

2.9 调度算法的评价指标

本小节知识概览

2.9.1 CPU 利用率

2.9.2 系统吞吐量

2.9.3 周转时间

2.9.4 等待时间

2.9.5 响应时间

对于计算机用户来说，会希望自己的提交的请求（比如通过键盘输入了一个调试命令）尽早地开始被系统服务、回应。
响应时间，指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

2.9.6 总结

2.10 FCFS、SJF、HRRN调度算法

本小节知识概览

2.9.1 先来先服务：FCFS

例题：

2.9.2 短作业优先：SJF

**例题：**非抢占式短作业优先

注意：每次调度的选择必须是已经到达的作业/进程，运行时间最短的。

P1 是最先到达的，先执行P1，在执行完P1后，P2、P3、P4都已经到达，但是P3的运行时间最短。优先执行P3，虽然P2、P4运行时间一样，但是P2是先到达的，先执行P2.

**例题：**抢占式短作业优先

注意几个小细节:

如果题目中未特别说明，所提到的“短作业/进程优先算法”默认是非抢占式的
很多书上都会说“SJF 调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少”。严格来说，这个表述是错误的，不严谨的。

之前的例子表明，最短剩余时间优先算法得到的平均等待时间、平均周转时间还要更少
应该加上一个条件“在所有进程同时可运行时，采用SJF调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少”;或者说“在所有进程都几乎同时到达时，采用SJF调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少

如果不加上述前提条件，则应该说“抢占式的短作业/进程优先调度算法（最短剩余时间优先, SRNT算法）的平均等待时间、平均周转时间最少”

虽然严格来说，SJF的平均等待时间、平均周转时间并不一定最少，但相比于其他算法（如FCFS）,SJF依然可以获得较少的平均等待时间、平均周转时间
如果选择题中遇到“SF算法的平均等待时间、平均周转时间最少”的选项，那最好判断其他选项是不是有很明显的错误，如果没有更合适的选项，那也应该选择该选项

2.9.3 高响应比优先：HRRN

例题：

2.9.4 三种算法的对比

注:

这几种算法主要关心对用户的公平性、平均周转时间、平均等待时间等评价系统整体性能的指标，但是不关心“响应时间”，也并不区分任务的紧急程度,因此对于用户来说，交互性很糟糕。因此这三种算法一般适合用于早期的批处理系统，当然，FCFS算法也常结合其他的算法使用，在现在也扮演着很重要的角色。而适合用于交互式系统的调度算法将在下个小节介绍…

2.11 调度算法（交互式）

本小节知识概览

2.11.1 时间片轮转调度算法（RR）

例题：

如果时间片太大，使得每个进程都可以在一个时间片内就完成，则时间片轮转调度算法退化为先来先服务调度算法，并且会增大进程响应时间。因此时间片不能太大。

另一方面，进程调度、切换是有时间代价的(保存、恢复运行环境)，因此如果时间片太小，会导致进程切换过于频繁，系统会花大量的时间来处理进程切换，从而导致实际用于进程执行的时间比例减少。可见时间片也不能太小。