2 常用调度算法
常用调度算法总结
⽬录1.2.3.1.2.4.1.2.5. 常⽤调度算法总结分类： 2013-08-10 17:59 71⼈阅读 (0)调度算法是指：根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法，如任务A在执⾏完后，选择哪个任务来执⾏，使得某个因素（如进程总执⾏时间，或者磁盘寻道时间等）最⼩。
对于不同的系统⽬标，通常采⽤不同的调度算法。
⼏个常⽤的操作系统进程调度算法。
1 先来先服务（队列）先来先服务(FCFS)调度算法是⼀种最简单的调度算法，该算法既可⽤于作业调度，也可⽤于进程调度。
当在作业调度中采⽤该算法时，每次调度都是从后备作业队列中选择⼀个或多个最先进⼊该队列的作业，将它们调⼊内存，为它们分配资源、创建进程，然后放⼊就绪队列。
在进程调度中采⽤FCFS算法时，则每次调度是从就绪队列中选择⼀个最先进⼊该队列的进程，为之分配处理机，使之投⼊运⾏。
该进程⼀直运⾏到完成或发⽣某事件⽽阻塞后才放弃处理机。
缺点：⽐较有利于长作业，⽽不利于短作业。
有利于CPU繁忙的作业，⽽不利于I/O 繁忙的作业。
2 最短优先（优先队列）最短优先调度算法是指对短作业或短进程优先调度的算法。
它们可以分别⽤于作业调度和进程调度。
短作业优先(SJF)的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出⼀个估计运⾏时间最短的进程，将处理机分配给它，使它⽴即执⾏并⼀直执⾏到完成，或发⽣某事件⽽被阻塞放弃处理机时再重新调度。
缺点：长作业的运⾏得不到保证。
2 ⾼优先权优先调度算法2.1 优先权调度算法的类型为了照顾紧迫型作业，使之在进⼊系统后便获得优先处理，引⼊了最⾼优先权优先(FPF)调度算法。
此算法常被⽤于批处理系统中，作为作业调度算法，也作为多种操作系统中的进程调度算法，还可⽤于实时系统中。
当把该算法⽤于作业调度时，系统将从后备队列中选择若⼲个优先权最⾼的作业装⼊内存。
分布式系统中的任务调度算法
分布式系统中的任务调度算法1. 轮询调度算法（Round Robin）：将任务按顺序分配给所有可用的计算节点，每个节点依次接收任务直到全部节点都接收到任务，然后重新开始分配。
这种调度算法简单易实现，但不能根据节点负载情况做出合理调度决策。
2. 随机调度算法（Random）：随机选择一个可用的计算节点，将任务分配给它。
这种调度算法简单高效，但不能保证节点的负载平衡。
3. 加权轮询调度算法（Weighted Round Robin）：为每个计算节点设置一个权重值，根据权重值的大小将任务分配给相应的计算节点。
这种调度算法可以根据节点的性能和资源情况进行灵活调整，实现负载均衡。
4. 最小任务数优先算法（Least Task First）：选择当前任务最少的计算节点，将任务分配给它。
这种调度算法可以实现最小负载优先策略，但不能考虑计算节点的性能差异。
1. 最短任务时间优先算法（Shortest Job First）：根据任务的处理时间，选择处理时间最短的计算节点，将任务分配给它。
这种调度算法可以最小化任务的执行时间，但无法适应节点负载波动的情况。
2. 最靠近平均负载算法（Nearest Load First）：选择负载最接近平均负载的计算节点，将任务分配给它。
这种调度算法可以实现负载均衡，但每次任务调度需要计算计算节点的负载，并更新平均负载值，造成一定的开销。
3. 动态加权轮询调度算法（Dynamic Weighted Round Robin）：根据各个计算节点的负载情况动态调整其权重值，实现负载均衡。
这种调度算法能够根据系统负载情况作出灵活调度决策，并适应系统负载波动的情况。
4. 自适应任务调度算法（Adaptive Task Scheduling）：根据任务的执行状态动态调整任务分配策略。
这种调度算法可以根据任务执行情况实时调整任务分配，提高系统的性能和吞吐量。
1.基于遗传算法的任务调度算法：将任务调度问题建模为一个优化问题，并使用遗传算法等优化算法进行求解。
用于作业调度的算法
用于作业调度的算法作业调度是计算机操作系统中的一个重要概念，它指的是在多个进程同时运行时，如何合理地分配CPU资源，使得系统能够高效地完成各项任务。
作业调度算法是实现作业调度的关键，下面将详细介绍几种常见的作业调度算法。
一、先来先服务（FCFS）算法先来先服务（FCFS）算法是最简单也是最容易实现的一种作业调度算法。
该算法按照进程到达时间的顺序依次执行，即当一个进程到达后，如果当前没有正在执行的进程，则立即执行该进程；否则将该进程加入等待队列中，并等待前面所有进程执行完毕后再进行处理。
FCFS算法优点在于简单易实现，并且保证了公平性。
但由于没有考虑到不同进程的优先级和执行时间等因素，因此可能会导致长任务等待时间过长、短任务响应时间过长等问题。
二、短作业优先（SJF）算法短作业优先（SJF）算法是一种根据作业长度进行排序的调度策略。
该算法按照各个进程需要占用CPU时间片长度进行排序后依次执行，即当一个新的进程到达时，如果其需要占用的时间片长度比当前正在执行的进程短，则立即切换到该进程进行处理，否则将该进程加入等待队列中，并等待前面所有进程执行完毕后再进行处理。
SJF算法优点在于能够最大限度地缩短作业响应时间，提高系统的吞吐量。
但由于需要预测每个进程需要占用的时间片长度，因此实现起来较为困难，并且可能会出现“饥饿”现象，即长时间等待CPU资源的进程无法得到及时处理。
三、优先级调度算法优先级调度算法是一种按照不同进程的优先级进行排序的调度策略。
该算法将每个进程赋予一个优先级值，根据优先级值高低依次执行，即当一个新的进程到达时，如果其优先级比当前正在执行的进程高，则立即切换到该进程进行处理，否则将该进程加入等待队列中，并等待前面所有优先级更高的进程执行完毕后再进行处理。
优先级调度算法可以根据不同任务类型和紧急性进行灵活调整，并且可以避免长任务等待时间过长、短任务响应时间过长等问题。
但由于可能会出现“饥饿”现象和优先级反转等问题，因此需要进行适当的优化和调整。
常用的调度算法
常用的调度算法调度算法是指操作系统中用于决定进程何时执行、何时暂停等的一种算法。
常用的调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转等。
下面将对这些常用的调度算法进行详细介绍。
一、先来先服务（FCFS）先来先服务是最简单的调度算法之一，它按照进程到达的顺序进行调度，即谁先到谁先执行。
这种算法容易实现，但是存在“饥饿”现象，即如果某个进程长时间等待，则其他进程可能会一直占用CPU资源，导致该进程无法得到执行。
因此，在实际应用中，FCFS很少被使用。
二、短作业优先（SJF）短作业优先是一种以作业运行时间为依据的调度算法。
它通过预测每个进程需要运行的时间，并将其按照运行时间从小到大排序，然后依次执行。
这种算法可以最大限度地减少平均等待时间和平均周转时间，并且不会出现“饥饿”现象。
但是，在实际应用中，由于很难准确预测每个进程需要运行的时间，因此SJF也存在缺陷。
如果预测不准确，那么就会出现长作业等待短作业的情况，导致长作业的等待时间变长。
三、优先级调度优先级调度是一种按照进程优先级进行调度的算法。
每个进程都有一个优先级，系统会根据进程的优先级来决定下一个要执行的进程。
通常情况下，优先级越高的进程越有可能得到CPU资源。
但是，如果某个进程的优先级一直比其他进程高，那么其他进程就会一直等待，导致“饥饿”现象。
此外，在实际应用中，由于不同进程之间的优先级差别较大，因此可能会导致低优先级的进程长时间等待。
四、时间片轮转时间片轮转是一种按照时间片进行调度的算法。
它将CPU资源划分成若干个时间片，并将每个时间片分配给一个正在运行或等待运行的进程。
当一个进程用完了它所分配到的时间片后，系统会将其挂起，并将CPU资源分配给下一个等待运行的进程。
这种算法可以避免“饥饿”现象，并且能够保证所有正在运行或等待运行的进程都能够得到CPU资源。
但是，如果时间片太小，会导致进程频繁切换，影响系统性能；如果时间片太大，会导致长作业等待时间变长。
操作系统中的进程调度与资源分配算法
操作系统中的进程调度与资源分配算法在操作系统中，进程调度与资源分配算法是实现多任务并发执行的关键。
进程调度算法决定了哪些进程有权利使用CPU，并且在何时和多长时间内使用；而资源分配算法则决定了如何分配和管理系统中的资源，以满足进程的需要。
本文将探讨几种常见的进程调度与资源分配算法。
一、先来先服务（First-Come, First-Served）算法先来先服务是最简单的进程调度算法之一，它按照进程到达的顺序进行调度。
具体来说，当一个进程抵达系统时，系统会为其分配CPU，并且一直运行直到该进程结束或者发生阻塞。
这种算法的优点是简单易实现，但是存在长作业等待时间长的缺点。
二、短作业优先（Shortest Job First）算法短作业优先算法是基于任务的执行时间来进行调度的。
在该算法中，系统会选择最短执行时间的进程来先运行。
这样可以最大限度地减少平均等待时间，提高系统的响应速度。
然而，此算法需要预先知道每个进程的执行时间，而且对于长作业而言，存在“饥饿”的问题。
三、最高优先级（Highest Priority）算法最高优先级算法将每个进程赋予一个优先级，CPU将会优先调度优先级最高的进程。
这种算法可以确保紧急任务或重要任务得到及时的处理，但是当优先级存在相差较大的情况下，需要小心避免低优先级任务的饥饿问题。
四、时间片轮转（Round-Robin）算法时间片轮转算法把每个进程分配一个固定的时间片，例如10毫秒，每个进程运行一段时间后就切换到下一个进程，循环进行。
这种算法公平地分配CPU时间，并且能够有效避免长作业等待时间长的问题。
但是，如果时间片设置过小，会导致进程切换过于频繁，系统开销较大。
反之，设置过大可能会影响系统的响应速度。
资源分配算法也是操作系统中至关重要的一部分，下面列举几种常见的资源分配算法。
一、固定分配（Fixed Allocation）算法固定分配算法将系统的资源按比例分配给不同的进程。
两种调度算法结合的例子
两种调度算法结合的例子以下是 8 条关于两种调度算法结合的例子：1. 先来先服务和最短作业优先结合起来岂不是超厉害？就好比去超市排队结账，先到的人先服务就像先来先服务，这时候来了个只买一瓶水的人，那当然优先让他结账呀，这就是最短作业优先嘛！比如处理一批任务，先按照先来的顺序进行一部分，然后遇到短的任务就赶紧先处理它。
2. 时间片轮转和优先级调度结合也很有意思呀！你可以想象成玩游戏轮流上场，但是厉害的角色有优先上场的机会。
在计算机里，一些任务先轮流执行一小段时间，可要是有重要的高优先级任务来了，就先让它执行，多棒呀！像安排课程表的时候，先大家轮着上一些课，突然有个紧急重要的课程就插队先上。
3. 有没有想过最短剩余时间优先和多级反馈队列结合呀？这就像运动会比赛，看谁剩下的路程最短就优先让他跑，可又有不同等级的赛道。
比如在系统中，先关注剩余时间短的任务，同时又按照不同重要性把任务放在不同队列里，是不是感觉很神奇啊！好比医院看病，着急的病人先看，同时不同病症的病人又在不同区域等待。
4. 高响应比优先和抢占式调度结合不是很绝吗？响应比高就像人气高，该优先，而抢占式就像突然有人插队。
比如工作中，一直努力的人应该先得到机会，但要是来了个特别紧急的事情就得抢占先处理。
这不就是类似上课好好表现的同学有优先发言机会，但要是老师突然有重要事情要说，那就得先让老师说了嘛！5. 公平共享调度和彩票调度结合，哇塞，这怎么理解呢？就好比分蛋糕要公平，但偶尔也得靠运气。
处理任务时既要保证公平的分配资源，偶尔又来点惊喜靠运气决定顺序，这多有趣呀！就像抽奖一样，大家都有机会，但也有运气成分在呢！比如分配资源给不同团队，既要保证基本公平，又可能有意外的机会给某个团队。
6. 反馈调度和随机调度结合，岂不是充满了变数？就像是走路，大方向是按照反馈调整，但偶尔也会莫名其妙走个岔路。
在系统里，根据运行情况反馈调整，时不时又来个随机的安排，是不是很让人期待啊！就像准备出门，本来计划好了路线，可突然又心血来潮想去个别的地方。
算子调度算法
算子调度算法（Operator Scheduling Algorithm）是指在并行计算中，将任务分配给不同的处理器或计算单元以实现高效的任务调度和资源利用。
以下是几种常见的算子调度算法：
1.静态调度算法：在任务执行之前，根据任务的特性和系统的资源情况，预先确定任务的
调度顺序。
常见的静态调度算法包括最早完成时间优先（Earliest Finish Time, EFT）、任务划分后的负载均衡等。
2.动态调度算法：根据任务的动态变化和系统的实时状态，实时地选择最佳的任务调度策
略。
常见的动态调度算法包括最短作业优先（Shortest Job First, SJF）、最高响应比优先（Highest Response Ratio Next, HRRN）等。
3.启发式调度算法：基于经验或规则进行任务调度决策，以求得满足某种优化目标的近似
最优解。
常见的启发式调度算法包括遗传算法、模拟退火算法等。
4.贪心调度算法：每次选择当前看起来最优的任务调度策略，而不考虑全局最优解。
常见
的贪心调度算法包括最小剩余时间优先（Shortest Remaining Time First, SRTF）等。
5.基于学习的调度算法：根据历史数据和机器学习方法，训练模型来预测任务执行时间和
资源需求，从而进行任务调度决策。
常见的基于学习的调度算法包括神经网络、决策树等。
这些算子调度算法根据任务特性、系统资源和优化目标的不同，选用合适的算法可以提高并行计算的效率和性能。
处理机调度的常用算法
处理机调度的常用算法包括以下几种：
1. 先来先服务调度算法（FCFS，First Come First Service）：这是一种最简单的调度算法，按先后顺序进行调度。
既可用于作业调度，也可用于进程调度。
2. 短作业优先调度算法（SJF/SPF，Shortest Job First）：该算法根据作业长短进行调度，有利于短作业（进程）的完成。
3. 高响应比优先调度算法（HRRN，Highest Response Raito Next）：该算法综合考虑了作业长短和等待时间，能够适用于短作业较多的批处理系统中，但长作业的运行可能得不到保证。
4. 基于时间片的轮转调度算法（RR，Round Robin）：该算法将系统中所有的就绪进程按照FCFS原则，排成一个队列。
每次调度时将CPU 分派给队首进程，让其执行一个时间片。
时间片的长度从几个ms到几百ms。
在一个时间片结束时，发生时钟中断。
调度程序据此暂停当前进程的执行，将其送到就绪队列的末尾，并通过上下文切换执行当前就绪的队首进程。
进程阻塞情况发生时，未用完时间片也要出让CPU。
这些算法各有优缺点，需要根据实际应用场景选择合适的算法。
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第3章 中断与处理机调度
3.1 中断技术
3.2 处理机调度
3.3 实例分析
第3章 中断与处理机调度
3.1 中断技术
中断作用： 中断技术在操作系统中的各个方面起着不可替代的作用，它 是事件驱动实现的基础。在人机联系、故障处理、实时处理、 程序调试与监测、任务分配等方面都需用到中断技术，在设 备管理中，没有中断技术就不可能实现设备与主机、设备与 设备、设备与用户、设备与程序的并行。 中断是实现多道程序设计与并发的基础和必要条件。 3.1.1 中断相关概念 1. 中断定义： 中断：是指某事件发生时，CPU终立现行程序的运行，转去 执行相应的事件处理程序，处理完毕返回断点继续执行。 中断源：引起中断发生的事件就称为中断源。 中断请求：中断源向CPU发出的请求中断处理信号称为中断 请求。 中断响应：CPU收到中断请求后，中断正在运行的程序并转 向相应的事件处理程序称为中断响应。
第3章 中断与处理机调度
3.1.1 中断相关概念
2．中断源分类 中断源又可分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断两类。 可屏蔽中断：一般指那些仅影响局部的中断事件，如外围设 备的中断请求，定时器的中断请求等。这些中断可以被屏蔽， 没有得到处理机响应的中断请求被保存在中断寄存器中不会 丢失，当屏蔽被解除后，仍然能够继续得到响应和处理。这 样做的目的是保证在执行一些重要的程序中不响应中断，以 免造成迟缓而引起错误。例如，在系统启动执行初始化程序 时，就屏蔽键盘中断，使初始化程序能够顺利进行，这时， 敲任何键都不会响应。 不能屏蔽：有一些重要的中断是不能屏蔽的。例如，电源故 障、重新启动、总线错、CPU地址错，这些中断将影响整个系 统的运行，这类中断一旦产生，处理机必须响应并给予处理。
第3章 中断与处理机调度
3.1.1 中断相关概念
断点：发生中断时，刚执行完的那条指令所在的单元号称为 断点。 恢复点：断点的逻辑后继指令的单元号称为恢复点。 禁止中断：在某些情况下，尽管产生了中断源和发出了中断 请求，但CPU内部的处理机状态字PSW（PSW是一组反映程 序运行状态的信息，又称为程序状态字）的中断允许位已被 清除，从而不允许CPU响应中断。这种情况称为禁止中断。 CPU禁止中断后只有等到PSW的中断允许位被重新设置后才 能接收中断。 开中断：禁止中断也称关中断。PSW的中断允许位的设置也 称为开中断。 中断屏蔽：系统用软件方式有选择地封锁部分中断而允许其 余部分中断仍能响应。 中断服务程序：相应的事件处理程序称为中断服务程序。 中断处理：执行中断服务程序的过程称为中断处理。
第3章 中断与处理机调度
3.1.1 中断相关概念
4. 中断优先级 原则：中断源的中断请求一般是随机的，有可能几个中断源 同时发出中断请求。这时，CPU必须安排一个响应和处理中断 的优先顺序，即确定中断的优先级，否则将导致混乱。当系 统中同时存在若于个中断请求时，CPU按它们的优先级从高到 低进行处理。对属于同一优先级的多个中断请求，按预先规 定顺序处理。 中断嵌套：当CPU已响应了一个中断源的请求，正在进行中断 处理时，如果又有新的中断源发出中断请求，CPU是否响应该 中断请求，则取决于中断源的优先级。当新中断深的优先级 高于正在处理的中断源时，CPU将暂停当前的中断服务程序， 响应高级中断（称为中断嵌套）。在处理完高级中断后；再 继续进行暂停的中断服务程序。 当新中断源的优先级和当前处理的中断源同级或更低时，CPU 则将低优先级的中断屏蔽掉；不子响应，直到当前中断服务 程序执行完毕，才去处理新的中断请求。
第3章 中断与处理机调度
3.1.1 中断相关概念
3．中断分类 根据中断源的不同，将中断分为硬中断、内中断和软中断。 硬中断：凡是来自处理机和内存外部的中断，都称为硬中断 或外中断。例如，输入/输出中断操作员对机器进行于预的中 断，各种定时器引起的时钟中断，调试程序中设置断点引起 的调试中断等。 内中断：在处理机和内存内部产生的中断称为内中断，也称 为陷入或异常。例如，非法指令。数据格式错误、主存保护 错误、地址越界错误、各种运算溢出错误、除数为零错误、 数据校验错、用户态下使用特权指令错误多。 软中断：由程序中执行了中断指令引起的中断，称为软中断。 UNIX系统也提供了软中断的处理功能，该中断又叫信号处理 机构，它是UNIX系统向进程提供的一种通信机构，利用它， 进程之间可相互通信。
第3章 中断与处理机调度
3.1.1 中断相关概念
4. 中断优先级 中断优先级的确定主要由下列因素来决定： ①、中断源的紧迫性。如电源故障、总线错误，这些影响整 个系统的中断一般要安排在最高优先级，而像外设的输入/输 出中断请求，这些影响局部的中断，其优先级可安排低一些。 ②、设备的工作速度。高速设备应及时响应，以免造成数据 丢失，故其优先级可安排高一些。 ③、数据恢复的难易程度。数据丢失后无法恢复的设备，其 优先级应高于能自动或手动恢复数据的设备，故内存的优先 级肯定比外存高。
第3章 中断与处理机调度
3.1.1 中断相关概念
Байду номын сангаас
2．中断源分类
中断源的数目很多，一般有几十至几百个。常见的中断源有如下几种类 型： ①、外设引起的中断。如外设采用DMA完成一个数据块的传送工作之后， 或者外设在输入/输出过程中出现错误等。 ②、CPU引起的中断。如除数为零，非法数据格式，数据校验错，算术 运算操作溢出等。 ③、存储器引起的中断。如非法地址错，主存储器页面失效等。 ④、控制器引起的中断。如非法指令，操作系统中用户态和核心态的转 换等。 ⑤、各种总线引起的中断。 ⑥、实时时钟的定时中断。当需要定时时，CPU发出命令，命令时钟电 路开始工作，待规定的时间到了后，时钟电路发出中断申请，由CPU加 以处理。 ⑦、实时控制引起的中断。 ⑧、故障引起的中断。如电源掉电，机器硬件故障等。 ⑨、为调试程序而设置的断点。