一.作业调度

作业调度算法需要知道以下公式

周转时间=完成时间 - 到达时间

带权周转时间=周转时间/运行时间

注：带权周转时间越大，作业（或进程）越短；带权周转时间越小，作业（或进程）越长。带权周转时间越小越好

平均周转时间=作业周转总时间/作业个数；

平均带权周转时间=带权周转总时间/作业个数

同时，作业调度算法会涉及一个概念：

饥饿：

作业饥饿（Job Starvation）或被饿死（Starvation）就是一个或多个低优先级的作业无法获得系统资源，无法得到执行的机会，从而长时间处于等待状态的情况。这种情况下，这些作业就会被饿死或者饥饿，因为它们无法得到所需的系统资源而无法完成执行。
 

看如下例子：

1.FCFS（先来先服务算法）

谁先到达，谁就先运行，所以作业运行顺序为1->2->3->4

第一个作业完成后，第二个作业才能开始运行，所以第二个作业开始的时间是10：00

以此类推得到：

先来先服务算法的特点

先来先服务算法实现简单，但是可以看到排在长作业后面的短作业需要等待很长时间，对短作业来说用户体验不好。

是否导致饥饿：此算法较为公平，不会导致饥饿

2.SJF(短作业优先调度算法)

谁的运行时间最短，谁就先运行

首先也从第一个开始，因为2，3，4都没有到达

第一个的完成时间是10：00，这时候2，3，4都到达了，但是作业3的运行时间最短，所以接下来运行作业3

作业4的运行时间最短，所以接下来运行作业4，以此类推，最终的执行顺序为：1->3->4->2

SJF算法的特点

短作业优先算法拥有“最短的”平均等待时间和平均周转时间

是否导致饥饿：此算法会导致饥饿，如果有源源不断的短作业进来，可能使长作业长时间得不到服务。如果一直得不到服务，则称为“饿死”。

注：在实际情况下，作业的运行时间往往是由用户提供的估计值，并不一定真实准确。这意味着在实际应用中，我们可能无法完全实现真正的短作业优先。

3.HRRF(高响应比优先算法)

(等待时间+运行时间)/运行时间

注:较高的响应比意味着作业等待时间相对较短，或者作业的服务时间相对较长，这可以确保作业尽快得到响应并完成。因此，响应比越高通常表示作业具有更好的调度优先级

从作业1开始：

若下一个执行的作业为作业2，那么响应比就是：（10：00-8：30）+40/40=13/4

若下一个执行的作业为作业3，那么响应比就是：（10：00-9:00）+25/25=85/25

若下一个执行的作业为作业4，那么响应比就是：（10：00-9：30）+30/30=2

因为85/25>13/4>2，下一个执行的作业是作业3

执行完后，要重新计算高响应比，响应比最高的运行，得到

若下一个执行的作业为作业2：（10：25-8：30）+40/40=155/40=3.875

若下一个执行的作业为作业4：（10：25-9：30）+30/30=85/30=2.8333...

所以下一个执行的作业为作业2,则最终执行的顺序是：1->3->2->4

高响应比优先算法的特点

综合考虑了等待时间和运行时间(要求服务时间)
等待时间相同时，要求服务时间短的优先(SJF 的优点)
要求服务时间相同时，等待时间长的优先(FCFS 的优点)
对于长作业来说，随着等待时间越来越久，其响应比也会越来越大，从而避免了长作业饥饿的问题。

二.进程调度

以上的作业调度，我没有提到进程二字，就是怕大家混淆起来，进程调度和作业调度是两个不同的调度方法：

1、作业调度
作业调度又称为高级调度，频度较低。其主要工作是将位于外存后备队列中的某个（或某几个）作业调入内存，排在就绪队列上。注意了，这个时候仅仅是将作业调入内存，并为作业创建进程、分配资源，此时进程处于就绪态，并没有执行。

2、进程调度
进程调度又称为低级调度，是最基本的、频度最高的调度方式。其主要任务是从就绪队列中选取一个（或几个）进程，并分配处理机的过程，这时候才可以理解为“执行”。

3、区别
作业调度和进程调度最主要的区别在于，前者是为作业建立进程的过程，是将作业由外存调入内存的过程；而后者整个过程并没有跑出内存的范围，是将就绪态的进程变为运行态的过程。

进程调度也有饥饿的概念，同时进程调度中还有一个重要的概念：

抢占式/非抢占式：

抢占式调度：
•抢占式调度是指操作系统允许正在运行的进程被强制中断，以便让更高优先级的进程获得CPU资源并开始运行。
•在抢占式调度中，操作系统会定期检查所有正在运行的进程的优先级，并且如果有更高优先级的进程出现，操作系统会立即中断当前进程的执行，将CPU资源分配给更高优先级的进程。
•例如，在抢占式调度中，当一个进程正在执行一个关键任务时，如果有更高优先级的进程需要运行，操作系统会立即中断当前进程的执行，并将CPU资源分配给更高优先级的进程。

非抢占式调度：

•非抢占式调度是指一旦一个进程获得处理器，它就会一直运行直到完成或者自愿让出CPU。
•在非抢占式调度中，高优先级的进程必须等待当前正在运行的进程结束或者主动让出CPU后，才能获得CPU资源并开始运行。
•例如，在非抢占式调度中，当一个进程正在执行一个关键任务时，其他高优先级的进程需要等待该进程完成或者主动让出CPU，才能获得CPU资源并开始执行。

正因为进程调度有这两个性质，所以除了拥有作业调度的三种算法（FCFS,SJF,HRRF），还有其他常见的算法：

1.SRTF（最短剩余时间优先调度算法）

SRTF与SJF最大的区别就是其是抢占式的算法。
运行原理：每当有进程加入就绪队列改变时就需要调度，如果新到达的进程剩余时间比当前运行的进程剩余时间更短，则由新进程抢占处理机，当前运行进程重新回到就绪队列等待下一次调度。

2.RR（时间片轮转调度算法）

算法思想：公平地、轮流地为各个进程服务，让每个进程在一定时间间隔内都可以得到响应。
调度程序每次把CPU分配给就绪队列首进程/线程使用一个时间间隔（称为时间片），就绪队列中的每个进程/线程轮流运行一个时间片。

算法规则：按照各进程到达就绪队列的顺序，轮流让各个进程执行一个时间片（每次选择的都是排在就绪队列队头的进程）。若进程未在一个时间片内执行完，则剥夺处理机，将进程重新放到就绪队列队尾重新排队。
时间片的选取：时间片大小的确定要从进程个数、切换开销、系统效率和响应时间等方面考虑。
常用轮转法：
① 最常用的轮转法是等时间片轮转法，每个进程轮流运行相同时间片。
② 改进的轮转法对于不同的进程分配不同的时间片，时间片的长短可以动态修改。

是否抢占式：抢占式

是否会产生饥饿：不会

优点：公平，响应快，适用于分时操作系统。
缺点：由于高频率的进程切换，因此有一定开销；不区分任务的紧急性。

对于时间片轮转调度算法的实现，建议观看如下视频：

RR时间片轮转调度算法 ～相同到达时间_哔哩哔哩_bilibili

RR时间片轮转调度算法～不同到达时间_哔哩哔哩_bilibili

时间片太大或太小
① 如果时间片太大，使得每个进程都可以在一个时间片内就完成，则时间片轮转调度算法退化为先来先服务调度算法，并且会增大进程的响应时间。
② 如果时间片太小，进程调度、切换是有时间代价的，会导致进程切换过于频繁，系统会花大量的时间来处理进程切换，从而导致实际用于进程执行的时间比例减小。

3.PSA(优先级调度算法)

算法思想：根据任务的紧急程度来决定处理顺序。
算法规则：根据确定的优先级选取进程/线程，每次总是选择就绪队列中优先级最高者运行。
用户进程/线程优先级的规定者有两种：
① 用户：用户自己提出优先级，称为外部指定法。优先级越高，费用越高。
② 系统：由系统综合考虑有关因素来确定用户进程/线程的优先级，称为内部指定法。
进程/线程优先级的确定方式：
根据优先级是否随时间而变，进程/线程优先级的确定有静态和动态两种方式：
① 静态优先级：在进程/线程创建时确定，此后不再改变。优先级主要由进程类型、资源需求、时间需求和用户需求决定。
优点：比较简单，开销小。
缺点：不够公平不太灵活，可能出现优先级低的作业/进程长时间得不到调度的情况。
② 动态优先级：随时间而变，基本原则是：
a. 正在运行的进程/线程随着占有CPU时间的增加优先级逐渐降低；
b. 就绪队列中等待CPU的进程/线程随着等待时间增加优先级逐渐提高。
优点：公平性好，灵活，资源利用率高。
缺点：需要花费比较多的执行程序时间，因而花费的系统开销比较大。

是否可抢占：抢占式，非抢占式都有。

是否导致饥饿：会
若源源不断地有高优先级进程到来，则可能导致饥饿。
区别在于：非抢占式只需在进程主动放弃处理机时进行调度即可，而抢占式还需在就绪队列变化时，检查是否发生抢占。
优点：用优先级区分紧急程度、重要程度，适用于实时操作系统。可灵活地调整对各种作业/进程的偏好程度。
缺点：若源源不断地有高优先级进程到来，则可能导致饥饿。

优先级调度算法：

速通操作系统优先级调度算法_哔哩哔哩_bilibili

4. MLFQ(多级反馈队列调度算法)

算法思想：对其他调度算法的折中权衡。
算法规则：
1、建立多级就绪进程队列，各级队列优先级从高到低，时间片从小到大。每个队列赋予不同优先级，较高优先级队列一般分配给较短的时间片。

2、新进程到达时先进入第1级队列，按先来先服务原则排队等待被分配时间片，若用完时间片进程还未结束，则进程进入下一级队列队尾；若此时已经在最下级的队列，则重新放回该队列队尾。

3、处理器调度每次先从高优先级就绪队列中选取可占有处理器的进程，只有在选不到时，才从较低优先级就绪队列中选取进程。即只有第k级队列为空时，才会为k+1级队头的进程分配时间片。

4、任务可以根据自身的行为（如CPU使用时间、等待时间等）在不同的队列之间移动，实现动态优先级的调整。

是否可抢占：抢占式
在k级队列的进程运行过程中，若更上级的队列（1~k-1级）中进入了一个新进程，则由于新进程处于优先级更高的队列中，因此新进程会抢占处理机，原来运行的进程放回k级队列队尾。

是否导致饥饿：会
优点：对其他调度算法的折中权衡。
对各类进程相对公平（FCFS的优点）；
短进程只用较少的世界就可完成（SPF的优点）；
每个新到达的进程都可以很快得到响应（RR的优点）；
不必实现估计进程的运行时间（避免用户作假）；
可灵活地调整对各类进程的偏好程度，比如：CPU密集型进程、I/O密集型进程（拓展：可以将因I/O而阻塞的进程重新放回原队列，这样I/O型进程就可以保持较高优先级）。
缺点：可能会导致饥饿

多级反馈队列调度算法

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