进程的调度算法的总结

在学习完进程的相关的知识后，我们先来谈谈进程的调度算法。

进程调度的原因：

在操作系统中，由于进程综述多于处理机，它们必然竞争处理机，为了充分利用计算机系统中的CPU资源，让计算机系统能够多快好省的完成我们让它做的各种任务，所以需要进程调度。

进程的调度的概念

进程调度也称为低级调度（CPU调度），是按照某种调度算法（或原则）从就绪队列中选取进程分配CPU,主要是协调对CPU的争夺使用。

通常有以下两种调度方式:

1）非剥夺调度方式，又称非抢占方式

是指当一个进程正在处理机上执行时，即使有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，仍然让正在执行的进程继续执行，直到该进程完成或发生某种事件而进入阻塞状态时，才把处理机分配给更为重要或紧迫的进程。在非剥夺调度方式下，一旦把CPU分配给一个进程，那么该进程会保存CPU直到终止或转换到等待状态，这种方式的优点是：若有某个更为重要或者紧迫的进程需要处理机，则立刻暂停正在执行的进程，将处理机分配给更为重要紧迫的进程。

2）剥夺调度方式，又称抢占方式

是指当一个进程正在处理机上执行时，如有某个更为重要或紧迫的进程需要使用处理机，则立刻暂停正在执行的进程，将处理机分配给更为重要或紧迫的进程。

进程调度的评价指标：

1）CPU的利用率

CPU是计算机系统中的稀缺资源，所以应在具体任务的情况下尽可能使CPU保持忙，从而使得CPU资源利用率最高。

CPU利用率=CPU的利用时间/开机运行总时间

2）吞吐量

CPU运行时的工作量大小是以每单位时间完成的进程数目来描述的，即称为吞吐量。

3）周转时间

指从进程创建到进程结束经过的时间，这期间包括了各种因素（比如等待I/O操作的完成）导致进程阻塞，处在就绪态并在就绪队列中排队，在处理机上运行所花时间的总和、。

作业的周转时间：

周转时间=作业完成时间-作业提交时间

平均周转时间时指多个作业周转时间的平均值：

平均周转时间=（作业1的周转时间+......作业n的周转时间）/n

带权周转时间是指作业周转时间与作业实际运行时间的比值

带权周转时间=作业周转时间/作业实际周转时间

平均带权周转时间是指多个作业带权周转时间的平均值

平均带权周转时间=（作业1的带权周转时间+......+作业n的带权周转时间）/n

4)等待时间

即进程在就绪队列中等待所花的时间总和，因此衡量一个调度算法的简单方法就是统计进程在就绪队列上的等待时间。

5）响应时间

指从事件（比如产生了一次时钟中断事件）产生到进程或系统做出响应所经过的时间，在交互式桌面计算机系统中，用户希望响应时间越快越好，但这常常要以牺牲吞吐量为代价的。

而进程调度算法主要有以下几种：

1、先来先服务调度算法

2、短作业优先调度算法

3、最高响应比优先调度算法

4、轮转调度算法

5、多级反馈队列

1、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，该算法即可用于作业调度，也可以用于进程调度，FCFS算法比较有利于长进程（作业），而不利于短作业（进程），由此可知本算法适合于CPU繁忙型的作业（进程）。而不利于I/O繁忙型的作业（进程）在所有调度算法中，最简单的是非抢占式的FCFS算法。

算法原理：进程按照它们请求CPU的顺序使用CPU，就像你买东西去排队，谁第一个排，谁就先被执行，在它执行的过程中，不会中断它。当其他人也想进入内存被执行，就要排队等着，如果在执行过程中出现一些事，他现在不想排队了，下一个排队的就补上，此时如果他又想排队了，只能站到队尾去。

算法优点：易于理解且实现简单，只需要一个队列(FIFO),且相当公平。

算法缺点：比较有利于长进程，而不利于短进程，有利于CPU繁忙的进程，而不利于I/O繁忙的进程。

2、短作业进（进程）优先调度运算（SJF，short test Job First）又称为短作业“短进程优先”SPN（Short test Process Next）；是对FCFS算法的改进，其目标是减少平均周转的时间。

算法原理：对预计执行时间短的进程优先分派处理机。通常后来的短进程不抢先正在执行的进程。

算法优点：相比于FCFS算法来说，该算法可改善平均周转时间和平均带权周转时间，缩短进程的等待时间，提高系统的吞吐量。

算法缺点：对长进程相当的不利，可能长时间得不到执行，且未能依据进程的紧迫程度来划分执行的优先级，以及难以准确估计进程的执行时间，从而影响调度性能。

3、最高响应比优先调度算法

在批处理系统中，短作业优先算法是一种比较好的算法，其主要的不足之处是长作业的运行得不到保证。如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权，并使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a 提高，则长作业在等待一定的时间后，必然有机会分配到处理机。该优先权的变化规律可描述为：

由于等待时间与服务时间之和就是系统对该作业的响应时间，故该优先权又相当于响应比RP。据此，又可表示为：

由上式可以看出：

(1) 如果作业的等待时间相同，则要求服务的时间愈短，其优先权愈高，因而该算法有利于短作业。

(2) 当要求服务的时间相同时，作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，因而它实现的是先来先服务。

(3) 对于长作业，作业的优先级可以随等待时间的增加而提高，当其等待时间足够长时，其优先级便可升到很高，从而也可获得处理机。简言之，该算法既照顾了短作业，又考虑了作业到达的先后次序，不会使长作业长期得不到服务。因此，该算法实现了一种较好的折衷。当然，在利用该算法时，每要进行调度之前，都须先做响应比的计算，这会增加系统开销

4、轮转调度算法

间片轮转调度算法主要适用于分时系统。在这种算法中，系统将所有就绪进程按到达时间的先后次序排成一个队列，进程调度程序总是选择就绪队列中第一个进程执行，即先来先服务的原则，但仅能运行一个时间片，如100ms。在使用完一个时间片后，即使进程并未完成其运行，它也必须释放出（被剥夺）处理机给下一个就绪的进程，而被剥夺的进程返回到就绪队列的末尾重新排队，等候再次运行。

在时间片轮转调度算法中，时间片的大小对系统性能的影响很大。如果时间片足够大，以至于所有进程都能在一个时间片内执行完毕，则时间片轮转调度算法就退化为先来先服务调度算法。如果时间片很小，那么处理机将在进程间过于频繁切换，使处理机的开销增大，而真正用于运行用户进程的时间将减少。因此时间片的大小应选择适当。

时间片的长短通常由以下因素确定：系统的响应时间、就绪队列中的进程数目和系统的处理能力。

时间片q = 系统对相应时间的要求RT / 最大进程数N

（经验表明，时间片的取值，应该使得80%的进程在时间内完成所需的一次CPU运行活动。）

5、多级反馈队列

前面介绍的各种用作进程调度的算法都有一定的局限性。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，而且如果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无法使用。而多级反馈队列调度算法则不必事先知道各种进程所需的执行时间，而且还可以满足各种类型进程的需要，因而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如下所述。

(1) 应设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低。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，便可准备撤离系统；如果它在一个时间片结束时尚未完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾，再同样地按FCFS原则等待调度执行；如果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，当一个长作业(进程)从第一队列依次降到第n队列后，在第n 队列便采取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。如果处理机正在第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。

  以上就是我对进程调度的所有的理解，希望后期自己能够继续努力，写出好的东西。