在操作系统中存在多种调度算法,其中有的调度算法适用于作业调度,有的调度算法适用于进程调度,有的调度算法两者都适用。下面介绍几种常用的调度算法。
FCFS调度算法是一种最简单的调度算法,该调度算法既可以用于作业调度也可以用于进程调度。在作业调度中,算法每次从后备作业队列中选择最先进入该队列的一个或几个作业,将它们调入内存,分配必要的资源,创建进程并放入就绪队列。
在进程调度中,FCFS调度算法每次从就绪队列中选择最先进入该队列的进程,将处理机分配给它,使之投入运行,直到完成或因某种原因而阻塞时才释放处理机。
下面通过一个实例来说明FCFS调度算法的性能。假设系统中有4个作业,它们的提交时间分别是8、8.4、8.8、9,运行时间依次是2、1、0.5、0.2,系统用FCFS调度算法,这组作业的平均等待时间、平均周转时间和平均带权周转时间见表2-3。
作业号 | 提交时间 | 运行时间 | 开始时间 | 等待时间 | 完成时间 | 周转时间 | 带权周转时间 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 8 | 2 | 8 | 0 | 10 | 2 | 1 |
2 | 8.4 | 1 | 10 | 1.6 | 11 | 2.6 | 2.6 |
3 | 8.8 | 0.5 | 11 | 2.2 | 11.5 | 2.7 | 5.4 |
4 | 9 | 0.2 | 11.5 | 2.5 | 11.7 | 2.7 | 13.5 |
平均等待时间 t = (0+1.6+2.2+2.5)/4=1.575
平均周转时间 T = (2+2.6+2.7+2.7)/4=2.5
平均带权周转时间 W = (1+2.6+5.牡13.5)/4=5.625
FCFS调度算法属于不可剥夺算法。从表面上看,它对所有作业都是公平的,但若一个长作业先到达系统,就会使后面许多短作业等待很长时间,因此它不能作为分时系统和实时系统的主要调度策略。但它常被结合在其他调度策略中使用。例如,在使用优先级作为调度策略的系统中,往往对多个具有相同优先级的进程按FCFS原则处理。
FCFS调度算法的特点是算法简单,但效率低;对长作业比较有利,但对短作业不利(相对SJF和高响应比);有利于CPU繁忙型作业,而不利于I/O繁忙型作业。
短作业(进程)优先调度算法是指对短作业(进程)优先调度的算法。短作业优先(SJF)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择一个估计运行时间最短的进程,将处理机分配给它,使之立即执行,直到完成或发生某事件而阻塞时,才释放处理机。
例如,考虑表2-3中给出的一组作业,若系统用短作业优先调度算法,其平均等待时间、平均周转时间和平均带权周转时间见表2-4。
作业号 | 提交时间 | 运行时间 | 开始时间 | 等待时间 | 完成时间 | 周转时间 | 带权周转时间 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 8 | 2 | 8 | 0 | 10 | 2 | 1 |
2 | 8,4 | 1 | 10.7 | 2.3 | 11.7 | 3.3 | 3.3 |
3 | 8.8 | 0.5 | 10.2 | 1.4 | 10.7 | 1.9 | 3.8 |
4 | 9 | 0.2 | 10 | 1 | 10.2 | 1.2 | 6 |
平均等待时间 t = (0+2.3+1.4+1)/4=1.175
平均周转时间 T = (2+3.3+1.9+1.2)/4=2.1
平均带权周转时间 W = (1+3.3+3.8+6)/4=3.525
SJF调度算法也存在不容忽视的缺点:
注意,SJF调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少。
优先级调度算法又称优先权调度算法,该算法既可以用于作业调度,也可以用于进程调度,该算法中的优先级用于描述作业运行的紧迫程度。
在作业调度中,优先级调度算法每次从后备作业队列中选择优先级最的一个或几个作业,将它们调入内存,分配必要的资源,创建进程并放入就绪队列。在进程调度中,优先级调度算法每次从就绪队列中选择优先级最高的进程,将处理机分配给它,使之投入运行。
根据新的更高优先级进程能否抢占正在执行的进程,可将该调度算法分为:
而根据进程创建后其优先级是否可以改变,可以将进程优先级分为以下两种:
高响应比优先调度算法主要用于作业调度,该算法是对FCFS调度算法和SJF调度算法的一种综合平衡,同时考虑每个作业的等待时间和估计的运行时间。在每次进行作业调度时,先计算后备作业队列中每个作业的响应比,从中选出响应比最高的作业投入运行。
响应比的变化规律可描述为:
根据公式可知:
时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。
多级反馈队列调度算法是时间片轮转调度算法和优先级调度算法的综合和发展,如图2-5 所示。通过动态调整进程优先级和时间片大小,多级反馈队列调度算法可以兼顾多方面的系统目标。例如,为提高系统吞吐量和缩短平均周转时间而照顾短进程;为获得较好的I/O设备利用率和缩短响应时间而照顾I/O型进程;同时,也不必事先估计进程的执行时间。
多级反馈队列调度算法的实现思想如下:
多级反馈队列的优势有: