news 2026/4/16 14:43:16

操作系统(16)-- 进程间的调度算法

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张小明

前端开发工程师

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操作系统(16)-- 进程间的调度算法

先来先服务

核心思想:按到达顺序排队,先来的进程优先获得CPU,运行直至完成或主动阻塞。

调度方式:非抢占式

优点:算法简单易于实现,对所有进程“公平”。

缺点:一个长进程会阻塞后面所有的短进程,导致平均等待时间较长。对io密集型进程不太友好

短作业优先

核心思想:从就绪队列中选择预计运行时间最短的进程运行。

调度方式:通常是指非抢占式版本

优点:理论最优,能给出最短的平均等待时间和平均周转时间

缺点:无法准确获知进程的“作业长度”,长作业可能因不断有短作业到达而无限期等待

最短剩余时间优先

核心思想:短作业优先的抢占式版本。当新进程到达时,比较其总运行时间与当前进程的剩余运行时间。若新进程更短,则抢占CPU。

调度方式:抢占式

优点:比SJF更能优化平均等待时间,响应性更好。

缺点:同样需要预知运行时间,且实现和上下文切换开销更大。

优先级调度

核心思想:为每个进程分配一个优先级(通常数字越小优先级越高)。调度时,选择优先级最高的进程。

调度方式:可分为非抢占式抢占式

轮转法

核心思想:为每个进程分配一个固定的CPU时间片。进程用完时间片后,被抢占并放到就绪队列末尾,然后调度队列中的下一个进程。

调度方式:抢占式

核心参数时间片大小

  • 时间片过大-> 退化为FCFS,响应性变差。

  • 时间片过小-> 上下文切换过于频繁,系统开销巨大,吞吐量下降。

优点:绝对公平,响应性好,适合交互式系统。

缺点:平均等待时间通常不是最优。

多级反馈队列调度

  • 综合了优先级、时间片轮转,并能根据进程的历史行为动态调整,是现代操作系统最接近实际使用的算法。

  • 规则

    1. 设置多个不同优先级的就绪队列,优先级从高到低。

    2. 每个队列有自己的时间片大小(高优先级队列时间片通常更小)。

    3. 新进程进入最高优先级队列

    4. 进程用完当前队列的时间片后,若未完成,则被降级到下一级队列(时间片可能增大)。

    5. 进程因I/O主动放弃CPU,则其优先级保持不变或提升(奖励交互式进程)。

    6. 调度时,总是先运行高优先级队列中的进程,仅当高优先级队列为空时,才运行下一级队列

  • 优点

    • 能自动区分进程类型:短作业(很快完成)、交互式/I/O密集型(频繁放弃CPU,保持高优先级)、CPU密集型(逐步降级)。

    • 兼具多项优点:对短作业和交互式进程响应快,同时不让长作业饿死。

  • 缺点:实现复杂,需要配置多个参数(队列数量、时间片大小、优先级调整策略)。

  • 类比:机场多级安检通道。VIP/头等舱通道(队列少,检查快但时间片短),经济舱通道(队列多,检查慢但时间片长)。如果一个旅客总在通道里磨蹭(用光时间片),会被请到更慢的队列;而快速完成安检又返回拿东西的旅客(类似I/O),可能被允许回到更快队列。

总结

算法抢占性优点缺点适用场景
先来先服务非抢占简单,公平平均等待时间长,护航效应早期批处理系统
短作业优先非抢占理论最优平均时间需预知时间,长作业饥饿批处理后台任务(运行时间可知时)
最短剩余时间优先抢占比SJF更优的平均时间需预知时间,实现复杂理论优化场景
优先级调度均可区分任务重要性低优先级进程可能饥饿实时系统,有明确优先级的任务
轮转法抢占公平,响应快时间片选择敏感,平均时间一般通用分时/交互式系统(经典选择)
多级反馈队列抢占自适应,综合性能好实现复杂,参数配置敏感现代通用操作系统(实际近似)

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