详细了解操作系统,进程调度策略,有哪几种?

本文详细介绍了操作系统中常见的进程调度算法,包括先来先服务(FCFS)、短作业(进程)优先(SJF)、高优先权优先(FPF)算法,以及非抢占式和抢占式优先权调度算法。此外,还讨论了优先级反转现象、解决方案以及高响应比优先、时间片轮转和多级反馈队列调度算法。这些算法在批处理、分时和实时系统中各有应用。

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,该算法既可用于作业调度,也可用于进程调度。当在作业调度中采用该算法时,每次调度都是从后备作业队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业,将它们调入内存,为它们分配资源、创建进程,然后放入就绪队列。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先进入该队列的进程,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。

二.短作业(进程)优先调度算法

短作业(进程)优先调度算法SJ(P)F,是指对短作业或短进程优先调度的算法。它们可以分别用于作业调度和进程调度。短作业优先(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作业,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,使它立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重新调度。

三.高优先权优先调度算法

为了照顾紧迫型作业,使之在进入系统后便获得优先处理,引入了最高优先权优先(FPF)调度算法。此算法常被用于批处理系统中,作为作业调度算法,也作为多种操作系统中的进程调度算法,还可用于实时系统中。当把该算法用于作业调度时,系统将从后备队列中选择若干个优先权最高的作业装入内存。当用于进程调度时,该算法是把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程,这时,又可进一步把该算法分成如下两种。

1. 非抢占式优先权算法:

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重新分配给另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。

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
### 程序和进程的定义 - **程序**:程序是指为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的指令序列的集合,是静态的概念。它通常存储在磁盘等存储设备上,以文件的形式存在,例如常见的`.exe`文件(Windows 系统)或可执行脚本文件(如`.sh`文件)。 - **进程**:进程是程序在操作系统中的一次执行过程,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是动态的概念。当程序被加载到内存中并开始执行时,就成为了一个进程。每个进程都有自己独立的内存空间、系统资源以及执行状态等。 ### 进程调度策略的方式 在操作系统中,进程调度策略旨在合理地分配 CPU 资源,以提高系统的性能和效率。不同的操作系统可能采用不同的调度策略,以下是一些常见的进程调度策略: - **完全公平调度程序(CFS)**:在内核 V2.6.23 的发布中,CFS 成为默认的 Linux 调度算法。该算法基于调度类,每个类有特定优先级,内核针对不同的调度类采用不同的调度算法,以满足系统与进程的需要。调度程序从最高优先级调度类中选择具有最高优先级的任务来确定应运行哪个进程 [^3]。 - **基于 CPU 资源的调度策略**:这类调度策略主要考虑 CPU 资源的分配,对于 CPU 密集型进程十分高效,但没有考虑进程执行 I/O 的情况。例如,在多进程环境下,不考虑 I/O 时,调度程序会根据一定规则在多个进程间分配 CPU 时间 [^4]。 - **考虑公平性的调度策略**:调度策略有公平性指标,如在多用户情况下,保证每个进程的等待时间相同,以此让各个用户几乎均分 CPU 的使用权,但保证公平性往往会增加平均响应时间 [^2]。 ```c // 以下是一个简单的 C 语言示例,展示创建进程的基本操作 #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> int main() { pid_t pid = fork(); if (pid == -1) { perror("fork failed"); return 1; } else if (pid == 0) { // 子进程 printf("子进程正在执行\n"); } else { // 父进程 printf("父进程正在执行\n"); } return 0; } ```
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