CPU调度算法

最新推荐文章于 2024-06-17 15:42:50 发布
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分类专栏： operating system
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/lsf921016/article/details/57737548
本文详细介绍了CPU调度算法，包括批处理系统中的FCFS、SJF、SRTN和HRRN算法，以及交互式系统中的RR和多级反馈队列算法。讨论了各种算法的优缺点，如FCFS的简单实现与可能的长周转时间，SJF的最短周转时间和可能导致的饥饿现象，以及RR算法对短任务响应时间的改善但带来的进程切换开销。多级反馈队列是UNIX BSD5.3版本采用的调度策略，它结合了多种算法的优点，对I/O型进程更为友好。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

批处理系统中的调度算法：

*需要考虑的因素：
1. 吞吐量
2. cpu利用率
3. 周转时间
4. 公平性*

1.先来先服务： FCFS：

  • 优点：实现简单
  • 缺点：可能造成周转时间长

2.最短作业优先 SJF（非抢占式）

  • 优点：平均周转时间最短
  • 缺点：不公平，短任务多时，长任务一直得不到执行，产生starvation。

3. 最短剩余时间优先 SRTN :Shortest Remainning Time Next

SJF的抢占式版本

4. 最短相应比优先 HRRN：highest response ratio next

  • 是一个综合考虑的算法
  • 调度时，先计算每个进程的响应比，之后总是选择响应比高的执行。

响应比R = 1+（等待时间/处理时间）

交互式系统中的调度算法

考虑主要因素：

  • 响应时间
  • 公平性

1.RR-round Robin （时间片轮转）：

  • 目标：为改善短任务的平均响应时间

  • 主要思想：
    1.周期性切换
    2.每个进程分配一段时间片
    3.利用时钟中断

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以下是各个算法的比较调度算法占用CPU方式吞吐量响应时间开销对进程影响饥饿问题FCFS非抢占不强调可能很慢，尤其进程执行时间差别很大时最小短进程不利；I/O进程不利无RR抢占（时间片用完）时间片很小时吞吐量很低为短进程提供很好响应时间最小公平对待无SJF非抢占高为短进程提供很好响应时间可能较大对长进程不利可能SRTN抢占（到达时）高提供很好响应时间可能较大对长进程不利可能HRRN非抢占高提供很好响应时间可能较大很好的平衡无。
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### CPU调度算法概述 CPU调度是操作系统中的核心功能之一，用于决定哪个进程可以占用处理器资源以及如何管理这些资源。常见的调度目标包括最大化吞吐量、最小化等待时间和提高公平性。 #### 1. FCFS（First-Come, First-Served） FCFS是一种简单的非抢占式调度算法，其中最先到达的进程会被优先执行。尽管其实现简单，但在某些情况下可能导致较长的平均等待时间[^4]。 ```python def fcfs(processes): current_time = 0 for process in processes: start_time = max(current_time, process['arrival']) finish_time = start_time + process['burst'] process['completion'] = finish_time current_time = finish_time ``` #### 2. SJF（Shortest Job First） SJF也是一种非抢占式的调度方法，其策略是最短的任务被优先安排运行。这种方法能够减少整体完成时间，但可能引发饥饿现象，即长时间等待的大任务无法得到处理。 #### 3. SRTN（Shortest Remaining Time Next） SRTN是对SJF的一种改进版本，采用抢占机制。如果新到来的任务所需的时间少于当前正在运行的任务剩余时间，则中断后者以执行前者。 #### 4. HRRN（Highest Response Ratio Next） HRRN通过计算响应比率来选择下一个要执行的任务，从而平衡了短任务的优势和长任务的需求。这种方式有助于缓解饥饿问题并提升系统的效率。 #### 5. RR（Round Robin） 在时间片轮转调度中，每个进程都被赋予固定大小的时间片段去访问CPU。一旦该时间段结束或者进程完成了自己的工作周期，控制权就会传递给下一个排队等候的进程[^3]。 ```python time_quantum = 2 # 时间片长度设定为2单位时间 while any(p['remaining'] > 0 for p in processes): for process in processes: if process['remaining'] > time_quantum: process['remaining'] -= time_quantum elif process['remaining'] > 0: process['remaining'] = 0 ``` #### 6. HPF（Highest Priority First） 此算法基于优先级的概念，“重要”的事情获得更高的优先级别以便更快地被执行。需要注意的是，在实际应用过程中可能会遇到相同优先级的情况，这时通常辅以其他标准来进行决策[^2]。 #### 7. MFQS（Multi-Level Feedback Queue Scheduler） 多级反馈队列调度器结合了几种不同的调度技术优点于一体。它设置了多个不同级别的队列，并允许动态调整进程所在的位置依据它们的行为特征。 ### 结论 每一种调度算法都有各自的优缺点及适用场景，具体选用哪一类取决于特定的应用需求和技术约束条件。
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