Linux系統(tǒng)中的進(jìn)程調(diào)度算法

1/1Linux系統(tǒng)中的進(jìn)程調(diào)度算法第一部分進(jìn)程調(diào)度概述 2第二部分調(diào)度算法類型 4第三部分先來先服務(wù)算法 6第四部分時間片輪轉(zhuǎn)算法 8第五部分短作業(yè)優(yōu)先算法 10第六部分多級反饋隊列算法 14第七部分優(yōu)先級調(diào)度算法 16第八部分進(jìn)程調(diào)度策略評估 19

第一部分進(jìn)程調(diào)度概述關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點進(jìn)程調(diào)度概述

主題名稱：進(jìn)程的概念和特征

1.進(jìn)程是一個程序的執(zhí)行實例，具有自己獨(dú)立的地址空間和執(zhí)行上下文。

2.進(jìn)程的特征包括可打斷性、并發(fā)性、動態(tài)性、獨(dú)立性，以及擁有私有資源和局部變量。

3.進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)管理進(jìn)程執(zhí)行順序和分配資源的過程。

主題名稱：進(jìn)程調(diào)度算法的目標(biāo)

進(jìn)程調(diào)度概述

進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)的重要功能之一，負(fù)責(zé)管理和分配系統(tǒng)資源（如CPU）給正在運(yùn)行的進(jìn)程。其主要目標(biāo)是提高系統(tǒng)性能和響應(yīng)能力，同時確保公平性。

#進(jìn)程調(diào)度類型

進(jìn)程調(diào)度算法通常根據(jù)調(diào)度決策的依據(jù)分為兩種類型：非搶占式和搶占式調(diào)度。

*非搶占式調(diào)度：一旦進(jìn)程開始執(zhí)行，它將繼續(xù)執(zhí)行，直到完成或主動放棄CPU。這種調(diào)度算法簡單易于實現(xiàn)，但響應(yīng)性較差。

*搶占式調(diào)度：當(dāng)一個優(yōu)先級更高的進(jìn)程到達(dá)時，可以搶占當(dāng)前正在執(zhí)行的進(jìn)程的CPU。這種調(diào)度算法響應(yīng)性好，但實現(xiàn)起來更加復(fù)雜。

#調(diào)度策略

進(jìn)程調(diào)度算法根據(jù)用于確定進(jìn)程執(zhí)行順序的策略而有所不同。以下是一些常用的調(diào)度策略：

*先來先服務(wù)(FCFS)：按進(jìn)程到達(dá)的時間進(jìn)行調(diào)度，先到達(dá)的進(jìn)程先執(zhí)行。

*最短作業(yè)優(yōu)先(SJF)：調(diào)度具有最短執(zhí)行時間的進(jìn)程。

*最短剩余時間優(yōu)先(SRTF)：調(diào)度剩余執(zhí)行時間最短的進(jìn)程。

*優(yōu)先級調(diào)度：根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級高的進(jìn)程先執(zhí)行。

*輪轉(zhuǎn)調(diào)度：將所有進(jìn)程按時間片排隊，每個進(jìn)程輪流執(zhí)行。

*多級隊列調(diào)度：將進(jìn)程分配到不同優(yōu)先級的隊列中，并使用不同策略為每個隊列進(jìn)行調(diào)度。

#調(diào)度指標(biāo)

評價進(jìn)程調(diào)度算法的常用指標(biāo)包括：

*吞吐量：系統(tǒng)單位時間內(nèi)完成的進(jìn)程數(shù)量。

*響應(yīng)時間：從進(jìn)程提交到開始執(zhí)行所需的時間。

*周轉(zhuǎn)時間：從進(jìn)程提交到完成所需的時間。

*等待時間：進(jìn)程在CPU隊列中等待執(zhí)行所需的時間。

*公平性：所有進(jìn)程有機(jī)會獲得CPU。

#調(diào)度算法選擇

選擇合適的進(jìn)程調(diào)度算法取決于系統(tǒng)的具體需求。需要考慮的因素包括：

*系統(tǒng)的類型：批處理、交互式或?qū)崟r。

*進(jìn)程的特性：執(zhí)行時間、優(yōu)先級和資源要求。

*系統(tǒng)的資源：CPU數(shù)量、內(nèi)存大小和I/O吞吐量。

通過仔細(xì)考慮這些因素，可以優(yōu)化系統(tǒng)性能并滿足用戶需求。第二部分調(diào)度算法類型關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【固定優(yōu)先級調(diào)度算法】：

1.為每個進(jìn)程分配一個固定的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行。

2.進(jìn)程的優(yōu)先級通常基于其重要性或?qū)崟r性等因素確定。

3.優(yōu)點：簡單易實現(xiàn)，保證重要進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行；缺點：可能導(dǎo)致低優(yōu)先級進(jìn)程長期得不到執(zhí)行。

【時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法】：

調(diào)度算法類型

在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程調(diào)度算法負(fù)責(zé)管理進(jìn)程執(zhí)行的順序和分配資源，以優(yōu)化系統(tǒng)性能并提高響應(yīng)能力。以下是對Linux系統(tǒng)中使用的主要調(diào)度算法類型的概述：

先到先服務(wù)(FIFO)

FIFO算法是一種非搶占式算法，它按照進(jìn)程到達(dá)就緒隊列的順序執(zhí)行進(jìn)程。先到達(dá)的進(jìn)程先執(zhí)行，后到達(dá)的進(jìn)程排隊等待。FIFO算法簡單且公平，但它無法處理優(yōu)先級較高的進(jìn)程，并且可能導(dǎo)致低優(yōu)先級進(jìn)程長時間等待。

輪轉(zhuǎn)時間片輪轉(zhuǎn)(RR)

RR算法是一種搶占式算法，它將時間片分配給每個就緒進(jìn)程。每個進(jìn)程運(yùn)行一段時間片（稱為量子），然后將其從CPU中搶占并將其移至就緒隊列的末尾。當(dāng)隊列中所有進(jìn)程都用完時間片時，調(diào)度程序?qū)年犃械拈_頭重新開始。RR算法通過確保每個進(jìn)程都獲得一定數(shù)量的CPU時間來提高響應(yīng)能力，但它可能導(dǎo)致低優(yōu)先級進(jìn)程等待時間過長。

優(yōu)先級調(diào)度

優(yōu)先級調(diào)度算法根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級執(zhí)行進(jìn)程。具有更高優(yōu)先級的進(jìn)程獲得更多的CPU時間。有多種優(yōu)先級調(diào)度算法，包括：

*固定優(yōu)先級調(diào)度：每個進(jìn)程分配一個靜態(tài)優(yōu)先級。

*動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度：進(jìn)程的優(yōu)先級根據(jù)其行為（例如資源使用情況）動態(tài)調(diào)整。

優(yōu)先級調(diào)度算法可以提高響應(yīng)能力，確保重要進(jìn)程獲得必要的資源，但它們可能導(dǎo)致低優(yōu)先級進(jìn)程長時間等待。

公平共享調(diào)度(CFS)

CFS算法是Linux系統(tǒng)中使用的默認(rèn)調(diào)度算法。它是一種基于權(quán)重的公平調(diào)度算法，為每個進(jìn)程分配一個基于其虛擬運(yùn)行時間的權(quán)重。具有更高權(quán)重的進(jìn)程獲得更多的CPU時間。CFS算法旨在提供公平性，同時避免饑餓，因為它確保每個進(jìn)程最終都會獲得執(zhí)行時間。

實時調(diào)度

實時調(diào)度算法用于處理實時應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序必須在嚴(yán)格的時間限制內(nèi)完成其任務(wù)。有兩種類型的實時調(diào)度算法：

*硬實時調(diào)度：保證進(jìn)程在特定截止時間之前完成其任務(wù)。

*軟實時調(diào)度：盡最大努力確保滿足截止時間，但不提供嚴(yán)格保證。

實時調(diào)度算法通常具有更高的優(yōu)先級，以確保實時任務(wù)按時完成。

其他調(diào)度算法

除了上述主要調(diào)度算法類型外，Linux系統(tǒng)還支持其他調(diào)度算法，包括：

*調(diào)度類：允許用戶定義自己的調(diào)度規(guī)則。

*完全公平調(diào)度(CFS)：CFS的改進(jìn)版本，旨在提高大系統(tǒng)上的公平性和響應(yīng)能力。

*垂直公平調(diào)度(VFS)：將CPU時間分配給進(jìn)程組而不是單個進(jìn)程，這有助于提高組內(nèi)進(jìn)程的公平性。第三部分先來先服務(wù)算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點主題名稱：先來先服務(wù)算法思想

1.先來先服務(wù)算法遵循隊列原理，按進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列的先后順序調(diào)度進(jìn)程。

2.隊列中的進(jìn)程根據(jù)其到達(dá)時間排序，最早到達(dá)的進(jìn)程優(yōu)先獲得CPU資源。

3.該算法簡單易于實現(xiàn)，并且保證了進(jìn)程的公平性。

主題名稱：先來先服務(wù)算法優(yōu)點

先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法

簡介

先來先服務(wù)（FCFS）算法是一種非搶占式調(diào)度算法，它基于進(jìn)程抵達(dá)隊列的順序來調(diào)度進(jìn)程。按照該算法，最早抵達(dá)隊列的進(jìn)程將首先被執(zhí)行，依此類推。

工作原理

FCFS算法維護(hù)一個就緒隊列，其中包含準(zhǔn)備執(zhí)行的進(jìn)程。當(dāng)一個新進(jìn)程到達(dá)時，它會被添加到隊列的末尾。當(dāng)CPU空閑時，隊列中的第一個進(jìn)程將被調(diào)度并開始執(zhí)行。

特點

*非搶占式：FCFS算法一旦調(diào)度了一個進(jìn)程，就會允許該進(jìn)程一直執(zhí)行，直到它完成或阻塞。其他進(jìn)程，即使具有更高的優(yōu)先級，也不能搶占正在運(yùn)行的進(jìn)程。

*公平性：FCFS算法是對所有進(jìn)程公平的，因為它基于它們到達(dá)隊列的順序。

*簡單性：該算法的實現(xiàn)非常簡單，這使得它易于理解和管理。

優(yōu)點

*公平和簡單：FCFS算法對所有進(jìn)程公平，并且易于理解和實現(xiàn)。

*低開銷：由于不需要維護(hù)額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如優(yōu)先級隊列），因此FCFS算法的開銷很低。

缺點

*低效率：FCFS算法可能效率低下，因為它可能會導(dǎo)致長作業(yè)饑餓，即短作業(yè)必須等待較長的作業(yè)完成才能執(zhí)行。

*不考慮優(yōu)先級：該算法不考慮進(jìn)程的優(yōu)先級，這可能會導(dǎo)致重要的進(jìn)程被延遲執(zhí)行。

*不能動態(tài)響應(yīng)：FCFS算法不能動態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載的變化，這可能會導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。

適用場景

FCFS調(diào)度算法通常用于以下場景：

*批處理系統(tǒng)：在批處理系統(tǒng)中，作業(yè)以批量的形式提交，并且不具有嚴(yán)格的實時性要求。

*簡單系統(tǒng)：在資源充足的簡單系統(tǒng)中，F(xiàn)CFS算法可以提供合理的性能。

*特殊情況下：在某些特殊情況下，F(xiàn)CFS算法可以提供特定的優(yōu)勢，例如，在需要順序化執(zhí)行進(jìn)程時。

改進(jìn)

為了解決FCFS算法的缺點，已經(jīng)提出了一些改進(jìn)：

*多級隊列調(diào)度：將就緒隊列劃分為多個子隊列，每個子隊列具有不同的優(yōu)先級。

*短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度：優(yōu)先處理短作業(yè)，以減少長作業(yè)饑餓。

*反饋調(diào)度：根據(jù)進(jìn)程的過去行為動態(tài)調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級。第四部分時間片輪轉(zhuǎn)算法時間片輪轉(zhuǎn)算法

時間片輪轉(zhuǎn)算法（RoundRobinScheduling），是一種非搶占式的多任務(wù)調(diào)度算法。它為每個就緒進(jìn)程分配一個固定長度的時間片，然后依次輪轉(zhuǎn)執(zhí)行。當(dāng)一個進(jìn)程用完它的時間片，它會被掛起，而下一個就緒進(jìn)程將得到執(zhí)行。

算法描述：

1.將就緒進(jìn)程隊列初始化為一個循環(huán)隊列。

2.為每個進(jìn)程分配一個時間片。

3.將CPU分配給隊列中的第一個進(jìn)程。

4.如果進(jìn)程在分配的時間片內(nèi)完成，它將從就緒隊列中刪除。

5.如果進(jìn)程在分配時間片內(nèi)未完成，它將被掛起到就緒隊列的末尾。

6.將CPU分配給就緒隊列中的下一個進(jìn)程。

7.重復(fù)步驟2-6，直到所有進(jìn)程完成。

特性：

*公平性：每個進(jìn)程都得到相同數(shù)量的執(zhí)行時間。

*簡單性：算法實現(xiàn)簡單，開銷低。

*確定性：進(jìn)程的執(zhí)行順序和時間都可以預(yù)測。

*非搶占性：一旦進(jìn)程獲得CPU，它將持有CPU直到它的時間片用完，即使有更高優(yōu)先級的進(jìn)程就緒。

優(yōu)點：

*平衡了CPU利用率和響應(yīng)時間。

*對于交互式系統(tǒng)（例如，操作系統(tǒng)和Web服務(wù)器）來說非常有效。

*由于其確定性，使得調(diào)試和預(yù)測系統(tǒng)行為變得容易。

缺點：

*對于某些類型的應(yīng)用程序來說，可能不公平，例如計算密集型應(yīng)用程序。

*由于非搶占性，可能導(dǎo)致低優(yōu)先級進(jìn)程餓死。

*可能導(dǎo)致大量的上下文切換，從而降低性能。

應(yīng)用場景：

時間片輪轉(zhuǎn)算法通常用于以下場景：

*操作系統(tǒng)中，調(diào)度交互式任務(wù)和進(jìn)程。

*Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，調(diào)度客戶端請求。

*實時系統(tǒng)中，調(diào)度具有軟實時約束的進(jìn)程。

其他相關(guān)概念：

*時間片大?。簳r間片的大小決定了進(jìn)程在獲得CPU執(zhí)行之前必須等待的時間。較大的時間片可以減少上下文切換開銷，但可能會導(dǎo)致低優(yōu)先級進(jìn)程餓死。

*優(yōu)先級調(diào)度：在時間片輪轉(zhuǎn)算法的基礎(chǔ)上，可以添加優(yōu)先級調(diào)度，以便根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級分配時間片。

*多級反饋隊列：將進(jìn)程分為多個優(yōu)先級隊列，并根據(jù)隊列的優(yōu)先級分配時間片，以提高交互式進(jìn)程的響應(yīng)時間。

總的來說，時間片輪轉(zhuǎn)算法是一種公平且簡單的調(diào)度算法。它適用于需要平衡CPU利用率和響應(yīng)時間的多任務(wù)系統(tǒng)，特別是在交互式系統(tǒng)和實時系統(tǒng)中。第五部分短作業(yè)優(yōu)先算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點短作業(yè)優(yōu)先（SJF）算法

1.先來先服務(wù)（FCFS）的變種：SJF算法是一種先來先服務(wù)（FCFS）算法的變種，但它考慮作業(yè)的執(zhí)行時間。

2.優(yōu)先級調(diào)度：SJF算法將作業(yè)按照其執(zhí)行時間進(jìn)行優(yōu)先級調(diào)度，執(zhí)行時間最短的作業(yè)獲得最高的優(yōu)先級。

SJF算法的優(yōu)勢

1.平均等待時間最短：SJF算法通常比FCFS算法產(chǎn)生更短的平均等待時間，因為短作業(yè)會優(yōu)先執(zhí)行。

2.總周轉(zhuǎn)時間較短：通過減少等待時間，SJF算法也縮短了作業(yè)的總周轉(zhuǎn)時間，使系統(tǒng)更有效率。

SJF算法的劣勢

1.昂貴的實現(xiàn)成本：SJF算法需要準(zhǔn)確了解每個作業(yè)的執(zhí)行時間，這在實際系統(tǒng)中可能難以實現(xiàn)。

2.饑餓問題：SJF算法可能會導(dǎo)致長作業(yè)永遠(yuǎn)無法執(zhí)行，因為它們總是優(yōu)先于短作業(yè)。

SJF算法的現(xiàn)代版本

1.動態(tài)SJF：動態(tài)SJF算法在運(yùn)行時估計作業(yè)的執(zhí)行時間，以避免昂貴的測量成本。

2.多級SJF：多級SJF算法將作業(yè)劃分到不同優(yōu)先級的隊列中，以解決饑餓問題。

SJF算法的替代算法

1.優(yōu)先級調(diào)度算法：優(yōu)先級調(diào)度算法使用其他因素（例如進(jìn)程重要性）來確定優(yōu)先級，而不僅基于執(zhí)行時間。

2.時間片循環(huán)調(diào)度算法：時間片循環(huán)調(diào)度算法以預(yù)定義的時間片輪流執(zhí)行作業(yè)，以防止饑餓問題。短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法(SJF)

短作業(yè)優(yōu)先(SJF)算法是一種非搶占式調(diào)度算法，它優(yōu)先執(zhí)行預(yù)計執(zhí)行時間最短的進(jìn)程。該算法基于這樣的假設(shè)：較短的進(jìn)程會更快完成，從而最大程度地減少平均周轉(zhuǎn)時間。

算法描述

SJF算法的工作原理如下：

1.將就緒隊列中的進(jìn)程按其估計執(zhí)行時間從小到大排序。

2.選擇隊列中具有最小執(zhí)行時間的進(jìn)程。

3.運(yùn)行該進(jìn)程，直到它完成或被阻塞。

4.重復(fù)步驟1-3，直到所有進(jìn)程完成。

兩種SJF變體

SJF算法有兩種主要變體：非搶占式SJF和搶占式SJF。

*非搶占式SJF：一旦一個進(jìn)程開始執(zhí)行，它將一直執(zhí)行，直到完成或被阻塞，即使新進(jìn)程到達(dá)就緒隊列并具有更短的執(zhí)行時間也是如此。

*搶占式SJF：如果新進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列并且具有更短的執(zhí)行時間，當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程將被中斷，以允許新進(jìn)程運(yùn)行。

優(yōu)點

*平均周轉(zhuǎn)時間低：SJF算法通過始終優(yōu)先執(zhí)行最短的進(jìn)程來最小化平均周轉(zhuǎn)時間。

*公平性：SJF算法對所有進(jìn)程都是公平的，因為它不偏袒任何特定進(jìn)程。

缺點

*饑餓可能：SJF算法可能導(dǎo)致較長的進(jìn)程餓死，因為它們不斷被較短的進(jìn)程中斷。

*需要知道執(zhí)行時間：SJF算法需要知道每個進(jìn)程的執(zhí)行時間，這在實踐中可能很難估計。

*開銷高：SJF算法需要不斷對就緒隊列進(jìn)行排序，這可能會導(dǎo)致開銷很高。

*不利于交互式系統(tǒng)：SJF算法不適合需要快速響應(yīng)的交互式系統(tǒng)，因為較短的進(jìn)程可能會被較長的進(jìn)程中斷。

適用場景

SJF算法適用于以下場景：

*批處理系統(tǒng)，其中較短的作業(yè)可以更快地完成。

*擁有大量等待進(jìn)程且平均周轉(zhuǎn)時間比響應(yīng)時間更重要的系統(tǒng)。

*擁有準(zhǔn)確估計執(zhí)行時間的系統(tǒng)。

示例

考慮以下進(jìn)程集合，其估計執(zhí)行時間如下：

|進(jìn)程|執(zhí)行時間|

|||

|P1|5|

|P2|10|

|P3|2|

非搶占式SJF：

1.選擇P3執(zhí)行，因為它是具有最小執(zhí)行時間的進(jìn)程。

2.P3運(yùn)行2個時間單位并完成。

3.選擇P1執(zhí)行，因為它具有最小執(zhí)行時間的進(jìn)程。

4.P1運(yùn)行5個時間單位并完成。

5.選擇P2執(zhí)行。

6.P2運(yùn)行10個時間單位并完成。

平均周轉(zhuǎn)時間=(2+7+12)/3=7

搶占式SJF：

1.選擇P3執(zhí)行。

2.P2到達(dá)就緒隊列，其執(zhí)行時間更短。

3.P2搶占P3的執(zhí)行。

4.P2運(yùn)行2個時間單位并完成。

5.P3恢復(fù)執(zhí)行。

6.P1到達(dá)就緒隊列，其執(zhí)行時間更短。

7.P1搶占P3的執(zhí)行。

8.P1運(yùn)行5個時間單位并完成。

9.P3恢復(fù)執(zhí)行。

10.P3運(yùn)行3個時間單位并完成。

平均周轉(zhuǎn)時間=(2+2+5+5+3)/5=3.4

可以看出，搶占式SJF算法比非搶占式SJF算法產(chǎn)生了更低的平均周轉(zhuǎn)時間。第六部分多級反饋隊列算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【多級反饋隊列算法】

1.多級反饋隊列算法將進(jìn)程劃分為多個優(yōu)先級隊列，每個隊列分配不同的時間片。

2.優(yōu)先級高的隊列獲得更長的CPU時間片，而優(yōu)先級低的隊列獲得更短的時間片。

3.當(dāng)進(jìn)程在隊列中等待時，其優(yōu)先級會降低，使新進(jìn)程可以得到更好的服務(wù)。

【進(jìn)程動態(tài)優(yōu)先級調(diào)整】

多級反饋隊列調(diào)度算法

簡介

多級反饋隊列（MLFQ）算法將進(jìn)程劃分為多個優(yōu)先級隊列，并為每個隊列分配不同的時間片和調(diào)度策略。它通過動態(tài)調(diào)整進(jìn)程優(yōu)先級來平衡吞吐量和響應(yīng)時間。

隊列結(jié)構(gòu)

MLFQ算法通常采用多級隊列結(jié)構(gòu)，其中每個隊列具有不同的時間片和優(yōu)先級：

*低優(yōu)先級隊列：分配較長的時間片（通常為秒或分鐘），用于運(yùn)行低優(yōu)先級進(jìn)程。

*中優(yōu)先級隊列：分配中等長度的時間片（通常為毫秒或秒），用于運(yùn)行中優(yōu)先級進(jìn)程。

*高優(yōu)先級隊列：分配較短的時間片（通常為微秒或毫秒），用于運(yùn)行高優(yōu)先級進(jìn)程。

時間片分配

每個隊列的時間片分配基于以下原則：

*優(yōu)先級越高，時間片越短：高優(yōu)先級進(jìn)程獲得更短的時間片，以提高響應(yīng)時間。

*時間片過期，進(jìn)程降級：如果進(jìn)程在其分配的時間片內(nèi)未完成，則它會降級到較低優(yōu)先級隊列。

時間片到期降級

當(dāng)一個進(jìn)程的時間片到期時，它將被降級到較低優(yōu)先級隊列。降級策略可以是固定的（始終降級到特定隊列）或動態(tài)的（根據(jù)進(jìn)程的屬性調(diào)整降級隊列）。

優(yōu)先級的提升

MLFQ算法可以使用以下機(jī)制提升進(jìn)程的優(yōu)先級：

*CPU密集型進(jìn)程：如果一個進(jìn)程在較長時間內(nèi)高度利用CPU，則其優(yōu)先級可以提升。

*I/O密集型進(jìn)程：如果一個進(jìn)程在較長時間內(nèi)等待I/O請求，則其優(yōu)先級可以提升，以補(bǔ)償I/O延遲。

*交互式進(jìn)程：交互式進(jìn)程（例如用戶界面應(yīng)用程序）可以獲得較高的初始優(yōu)先級，以提高交互性。

優(yōu)缺點

優(yōu)點：

*平衡吞吐量和響應(yīng)時間

*優(yōu)先處理交互式和實時進(jìn)程

*通過降級機(jī)制防止進(jìn)程饑餓

缺點：

*復(fù)雜且難以配置

*性能可能取決于隊列結(jié)構(gòu)和降級策略

*可能會增加進(jìn)程切換開銷

應(yīng)用

MLFQ算法廣泛應(yīng)用于多用戶操作系統(tǒng)和實時系統(tǒng)中，例如：

*Linux內(nèi)核

*WindowsNT

*QNX第七部分優(yōu)先級調(diào)度算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【先到先服務(wù)調(diào)度算法】：

1.進(jìn)程按其到達(dá)就緒隊列的先后順序執(zhí)行，即先到的進(jìn)程先執(zhí)行。

2.該算法簡單易于實現(xiàn)，適用于不需要優(yōu)先考慮某些進(jìn)程的情況。

3.可能導(dǎo)致長時間運(yùn)行的進(jìn)程餓死（長時間等待執(zhí)行），不適用于響應(yīng)時間要求較高的系統(tǒng)。

【輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法】：

優(yōu)先級調(diào)度算法

優(yōu)先級調(diào)度算法是一種根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級決定其執(zhí)行順序的調(diào)度算法。在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程優(yōu)先級是一個介于0（最高優(yōu)先級）和140（最低優(yōu)先級）之間的整數(shù)。優(yōu)先級較高的進(jìn)程具有優(yōu)先執(zhí)行權(quán)，而優(yōu)先級較低的進(jìn)程則需要等待。

優(yōu)先級調(diào)度算法有兩種主要類型：

*非搶占式優(yōu)先級調(diào)度算法：在非搶占式優(yōu)先級調(diào)度算法中，高優(yōu)先級進(jìn)程一旦開始執(zhí)行，即使有新進(jìn)程到達(dá)具有更高優(yōu)先級，也不會被搶占。換句話說，高優(yōu)先級進(jìn)程將繼續(xù)執(zhí)行，直到完成或阻塞。

*搶占式優(yōu)先級調(diào)度算法：在搶占式優(yōu)先級調(diào)度算法中，高優(yōu)先級進(jìn)程可以隨時搶占正在運(yùn)行的低優(yōu)先級進(jìn)程。這意味著，當(dāng)一個具有較高優(yōu)先級的進(jìn)程到達(dá)時，它可以立即暫停正在運(yùn)行的進(jìn)程并開始執(zhí)行。

優(yōu)先級調(diào)度算法的特點

*公平性：優(yōu)先級調(diào)度算法是一種相對公平的算法，因為高優(yōu)先級進(jìn)程具有優(yōu)先執(zhí)行權(quán)。

*確定性：優(yōu)先級調(diào)度算法是確定性的，這意味著具有較高優(yōu)先級的進(jìn)程將始終先于具有較低優(yōu)先級的進(jìn)程執(zhí)行。

*響應(yīng)時間：優(yōu)先級調(diào)度算法可以保證高優(yōu)先級進(jìn)程快速獲得響應(yīng)，因為它們將立即執(zhí)行。

*吞吐量：優(yōu)先級調(diào)度算法可能會犧牲吞吐量，因為高優(yōu)先級進(jìn)程可能會阻止低優(yōu)先級進(jìn)程執(zhí)行。

優(yōu)先級調(diào)度算法的實現(xiàn)

在Linux系統(tǒng)中，優(yōu)先級調(diào)度算法通過以下方式實現(xiàn)：

*nice值：nice值是一個整數(shù)，范圍從-20（最高優(yōu)先級）到19（最低優(yōu)先級），允許用戶調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級。nice值較低的進(jìn)程具有較高的優(yōu)先級。

*調(diào)度器類：Linux系統(tǒng)提供了兩種調(diào)度器類：完全公平調(diào)度器(CFS)和實時調(diào)度器。CFS用于調(diào)度常規(guī)進(jìn)程，而實時調(diào)度器用于調(diào)度需要確定性執(zhí)行時間的實時進(jìn)程。

*調(diào)度器隊列：CFS使用紅黑樹實現(xiàn)調(diào)度器隊列，其中每個隊列代表一個優(yōu)先級。進(jìn)程根據(jù)其nice值插入到適當(dāng)?shù)年犃兄?。實時調(diào)度器使用多級反饋隊列(MLFQ)來調(diào)度進(jìn)程。

優(yōu)先級調(diào)度算法的應(yīng)用

優(yōu)先級調(diào)度算法通常用于以下場景：

*實時系統(tǒng)：在實時系統(tǒng)中，需要保證某些進(jìn)程（例如控制系統(tǒng)或多媒體播放器）在特定時間內(nèi)執(zhí)行。優(yōu)先級調(diào)度算法可用于確保這些進(jìn)程獲得必要的執(zhí)行時間。

*交互式應(yīng)用程序：交互式應(yīng)用程序，例如圖形用戶界面(GUI)和文本編輯器，受益于快速響應(yīng)時間。優(yōu)先級調(diào)度算法可用于確保這些應(yīng)用程序即使在系統(tǒng)負(fù)載較高的情況下也能獲得及時的執(zhí)行。

*批處理作業(yè)：批處理作業(yè)通常對響應(yīng)時間不敏感。優(yōu)先級調(diào)度算法可用于調(diào)度批處理作業(yè)，同時允許交互式應(yīng)用程序獲得更快的響應(yīng)時間。

優(yōu)先級調(diào)度算法的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

*公平性

*確定性

*快速響應(yīng)時間

缺點：

*可能犧牲吞吐量

*可能導(dǎo)致優(yōu)先級反轉(zhuǎn)（低優(yōu)先級進(jìn)程阻止高優(yōu)先級進(jìn)程執(zhí)行）

總結(jié)

優(yōu)先級調(diào)度算法是一種根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級決定其執(zhí)行順序的調(diào)度算法。它提供公平性、確定性和快速的響應(yīng)時間，但可能以犧牲吞吐量為代價。它廣泛用于實時系統(tǒng)、交互式應(yīng)用程序和批處理作業(yè)。第八部分進(jìn)程調(diào)度策略評估進(jìn)程調(diào)度策略評估

1.衡量標(biāo)準(zhǔn)

*吞吐量:單位時間內(nèi)完成的任務(wù)數(shù)量。

*等待時間:進(jìn)程從提交到開始執(zhí)行的時間。

*周轉(zhuǎn)時間:進(jìn)程從提交到完成的時間。

*響應(yīng)時間:進(jìn)程從首次請求資源到首次響應(yīng)的時間。

*CPU利用率:CPU被利用的程度。

2.評估方法

*仿真:使用模擬器或建模工具來模擬進(jìn)程調(diào)度算法。

*分析:使用數(shù)學(xué)模型和公式來分析算法的性能。

*實際測試:在真實系統(tǒng)上運(yùn)行算法并測量其性能。

3.調(diào)度算法比較

*先來先服務(wù)(FCFS):最簡單的算法，按進(jìn)程到達(dá)順序執(zhí)行。

*優(yōu)點：易于實現(xiàn)，公平。

*缺點：長作業(yè)可能會使短作業(yè)等待很長時間，可能導(dǎo)致饑餓問題（即某些進(jìn)程永遠(yuǎn)無法執(zhí)行）。

*最短作業(yè)優(yōu)先(SJF):將具有最短執(zhí)行時間的進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度。

*優(yōu)點：平均等待時間最短。

*缺點：需要知道進(jìn)程的執(zhí)行時間，在實際系統(tǒng)中通常不可用，可能會導(dǎo)致饑餓問題。

*優(yōu)先級調(diào)度:將進(jìn)程分配優(yōu)先級，具有更高優(yōu)先級的進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行。

*優(yōu)點：可以根據(jù)應(yīng)用需求定制。

*缺點：需要定義合理的優(yōu)先級，可能導(dǎo)致優(yōu)先級過高的進(jìn)程獨(dú)占CPU。

*時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度:將CPU時間劃分為時間片，輪流為每個進(jìn)程分配時間片。

*優(yōu)點：可以防止饑餓，提高響應(yīng)時間。

*缺點：當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行時間較長時，會造成頻繁的上下文切換，降低性能。

*多級反饋隊列:將進(jìn)程分配到多個隊列，每個隊列具有不同的時間片和優(yōu)先級。

*優(yōu)點：結(jié)合了不同調(diào)度算法的優(yōu)點，可以適應(yīng)不同類型的進(jìn)程。

*缺點：復(fù)雜性較高，需要仔細(xì)調(diào)整隊列和優(yōu)先級。

4.具體評估案例

考慮一個以下進(jìn)程的系統(tǒng)：

|進(jìn)程|到達(dá)時間|執(zhí)行時間|優(yōu)先級|

|||||

|P1|0|10|3|

|P2|2|5|2|

|P3|4|2|1|

FCFS:

*吞吐量：3個進(jìn)程/21個時間單位=0.14

*平均等待時間：16個時間單位

*平均周轉(zhuǎn)時間：26個時間單位

*最大響應(yīng)時間：26個時間單位

SJF:

*吞吐量：3個進(jìn)程/17個時間單位=0.18

*平均等待時間：10個時間單位

*平均周轉(zhuǎn)時間：18個時間單位

*最大響應(yīng)時間：10個時間單位

優(yōu)先級調(diào)度（優(yōu)先級較高者優(yōu)先）：

*吞吐量：3個進(jìn)程/20個時間單位=0.15

*平均等待時間：15個時間單位

*平均周轉(zhuǎn)時間：25個時間單位

*最大響應(yīng)時間：25個時間單位

時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度（時間片為2個時間單位）：

*吞吐量：3個進(jìn)程/22個時間單位=0.14

*平均等待時間：8個時間單位

*平均周轉(zhuǎn)時間：14個時間單位

*最大響應(yīng)時間：6個時間單位

多級反饋隊列（3個隊列，時間片分別為4、8和16）：

*吞吐量：3個進(jìn)程/18個時間單位=0.17

*平均等待時間：11個時間單位

*平均周轉(zhuǎn)時間：19個時間單位

*最大響應(yīng)時間：12個時間單位

5.結(jié)論

評估結(jié)果表明，SJF在吞吐量和等待時間方面表現(xiàn)最佳，而時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度在響應(yīng)時間方面具有優(yōu)勢。優(yōu)先級調(diào)度和多級反饋隊列在定制性和適應(yīng)性方面更勝一籌。

最終的最佳調(diào)度算法取決于特定系統(tǒng)的需求和優(yōu)先級。通過仔細(xì)評估和選擇，可以在給定的環(huán)境中優(yōu)化進(jìn)程調(diào)度性能。關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點主題名稱：時間片輪轉(zhuǎn)算法

關(guān)鍵要點：

1.時間片輪轉(zhuǎn)算法是一種非搶占式調(diào)度算法，其中每個進(jìn)程都分配一個固定的時間片。

2.當(dāng)一個進(jìn)程用完其時間片時，它將被移到隊列的末尾，而下個進(jìn)程將獲得執(zhí)行權(quán)。

3.該算法確保所有進(jìn)程都能公平地獲得CPU時間，防止任何進(jìn)程無限期地占用CPU。

主題名稱