Linux 下常见的进程调度算法

本文介绍了操作系统的调度算法,包括先来先服务(FCFS)、短作业(进程)优先(SJ(P)F)、轮转算法及多级反馈队列算法。详细探讨了各种算法的特点、优缺点及适用场景。

在操作系统中资源是有限的,当有多个进程或线程要使用这些资源时,因为资源的有限性,必须按照一定的原则选择进程来使用资源。
所以调度算法就是 :根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。
调度算法要求 :高资源利用率,高吞吐量,用户满意等原则。
调度算法设计目标:
1. 批处理系统
增加系统吞吐量和提高系统资源利用率。
2. 分时系统
保证每个分时用户能容忍的响应时间。
3. 实时系统
保证对随机发生的外部时间做出实时相应。

常见调度算法:

1. 先来先服务(FCFS)

  1. FCFS 算法
    按照作业提交或进程变为就绪态的先后次序,分配 CPU。当前作业或进程占用 CPU ,直到执行完或阻塞,才让出 CPU。在作业或进程唤醒后并不立即恢复执行,通常等到当前作业或进程让出 CPU。
  2. 特点
    有利于长作业,不利于短作业。有利于 CPU 繁忙的作业,而不利于 I/O 繁忙的作业。


2. 短作业(进程)优先调度算法SJ(P)F

  1. 概念
    对预计执行时间短的作业/进程优先分派处理。通常后来的短作业不抢先正在进行的作业。
  2. 优点
    比FCFS改善平均周转时间和平均带权周转时间,缩短作业的等待时间;
    提高系统吞吐量。
  3. 缺点
    对长作业不利,可能长时间得不到执行。
    未能根据作业的紧迫程度设置优先级。
    难以准确估计作业的执行时间,从而影响调度性能。


3. 轮转算法

  1. 概念
    让每个进程在就绪队列中的等待时间与享受服务的时间成正比。
  2. 定义
    系统把所有就绪态进程按先入先出的原则排成一个队列。新来的进程加到就绪队列的末尾。每当执行调度时,进程调度程序总是选出就绪队列的队首进程,让它在 CPU 上运行一个时间片的时间。当进程用完分给它的时间片时,调度程序停止该进程的运行,并将其添加到就绪队列末尾。
    进程可以未使用完一个时间片就让出 CPU。
    就绪进程数目越多,时间片越小。
  3. 缺点
    当时间片过长时,将退化为FCFS算法,进程在一个时间片内都执行完,响应时间过长。
    当时间片过短时,用户的一次请求需要多个时间片才能处理完,上下文切换次数增加,响应时间长。


4. 多级反馈队列算法

  1. 概念
    多级反馈队列算法是时间轮片算法和优先级算法的综合发展。
  2. 定义
    设置多个就绪队列,分别赋予不同的优先级。如逐级降低,队列1优先级最高。
    每个优先级队列的执行时间也不同,规定优先级越低时间片越长。
    新进程进入内存后,先投入队列1的末尾,按FCFS算法调度;若按队列1一个时间片未能执行完,则降低投入到队列2的末尾,同样按FCFS算法调度;如此下去,降低到最后的队列,则按“时间片轮转”算法调度直到完成。
    仅当较高优先级的队列为空,才调度较低优先级的队列中的进程执行。如果进程执行时有新进程进入较高优先级的队列,则抢先执行新进程,并把被抢先的进程投入原队列的末尾。
  3. 优点
    提高了系统吞吐量和缩短平均周转时间而照顾短进程。
    获得较好的 I/O 设备利用率和缩短响应时间而照顾 I/O 型进程。
    不必估计进程的执行时间,动态调节。
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