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一、常见的批处理作业调度算法
1.先来先服务调度算法(FCFS):就是按照各个作业进入系统的自然次序来调度作业。这种调度算法的优点是实现简单,公平。其缺点是没有考虑到系统中各种资源的综合使用情况,往往使短作业的用户不满意,因为短作业等待处理的时间可能比实际运行时间长得多。
2.短作业优先调度算法(SPF): 就是优先调度并处理短作业,所谓短是指作业的运行时间短。而在作业未投入运行时,并不能知道它实际的运行时间的长短,因此需要用户在提交作业时同时提交作业运行时间的估计值。
3.最高响应比优先算法(HRN):FCFS可能造成短作业用户不满,SPF可能使得长作业用户不满,于是提出HRN,选择响应比最高的作业运行。响应比=1+作业等待时间/作业处理时间。
4. 基于优先数调度算法(HPF):每一个作业规定一个表示该作业优先级别的整数,当需要将新的作业由输入并调入内存处理时,优先选择优先数最高的作业。
5.均衡调度算法,即多级队列调度算法
基本概念:
作业周转时间(Ti)=完成时间(Tei)-提交时间(Tsi)
作业平均周转时间(T)=周转时间/作业个数
作业带权周转时间(Wi)=周转时间/运行时间
响应比=(等待时间+运行时间)/运行时间
二、进程调度算法
1.先进先出算法(FIFO):按照进程进入就绪队列的先后次序来选择。即每当进入进程调度,总是把就绪队列的队首进程投入运行。
2. 时间片轮转算法(RR):分时系统的一种调度算法。轮转的基本思想是,将CPU的处理时间划分成一个个的时间片,就绪队列中的进程轮流运行一个时间片。当时间片结束时,就强迫进程让出CPU,该进程进入就绪队列,等待下一次调度,同时,进程调度又去选择就绪队列中的一个进程,分配给它一个时间片,以投入运行。
3. 最高优先级算法(HPF):进程调度每次将处理机分配给具有最高优先级的就绪进程。最高优先级算法可与不同的CPU方式结合形成可抢占式最高优先级算法和不可抢占式最高优先级算法。
4. 多级队列反馈法:几种调度算法的结合形式多级队列方式。
三、空闲分区分配算法
1. 首先适应算法:当接到内存申请时,查找分区说明表,找到第一个满足申请长度的空闲区,将其分割并分配。此算法简单,可以快速做出分配决定。
2. 最佳适应算法:当接到内存申请时,查找分区说明表,找到第一个能满足申请长度的最小空闲区,将其进行分割并分配。此算法最节约空间,因为它尽量不分割到大的空闲区,其缺点是可能会形成很多很小的空闲分区,称为“碎片”。
3. 最坏适应算法:当接到内存申请时,查找分区说明表,找到能满足申请要求的最大的空闲区。该算法的优点是避免形成碎片,而缺点是分割了大的空闲区后,在遇到较大的程序申请内存时,无法满足的可能性较大。
四、虚拟页式存储管理中的页面置换算法
1.理想页面置换算法(OPT):这是一种理想的算法,在实际中不可能实现。该算法的思想是:发生缺页时,选择以后永不使用或在最长时间内不再被访问的内存页面予以淘汰。
2.先进先出页面置换算法(FIFO):选择最先进入内存的页面予以淘汰。
3.最近最久未使用算法(LRU):选择在最近一段时间内最久没有使用过的页,把它淘汰。
4.最少使用算法(LFU):选择到当前时间为止被访问次数最少的页转换。
五、磁盘调度
1.先来先服务(FCFS):是按请求访问者的先后次序启动磁盘驱动器,而不考虑它们要访问的物理位置
2.最短寻道时间优先(SSTF):让离当前磁道最近的请求访问者启动磁盘驱动器,即是让查找时间最短的那个作业先执行,而不考虑请求访问者到来的先后次序,这样就克服了先来先服务调度算法中磁臂移动过大的问题
3.扫描算法(SCAN)或电梯调度算法:总是从磁臂当前位置开始,沿磁臂的移动方向去选择离当前磁臂最近的那个柱面的访问者。如果沿磁臂的方向无请求访问时,就改变磁臂的移动方向。在这种调度方法下磁臂的移动类似于电梯的调度,所以它也称为电梯调度算法。
4.循环扫描算法(CSCAN):循环扫描调度算法是在扫描算法的基础上改进的。磁臂改为单项移动,由外向里。当前位置开始沿磁臂的移动方向去选择离当前磁臂最近的那个柱面的访问者。如果沿磁臂的方向无请求访问时,再回到最外,访问柱面号最小的作业请求。
重点介绍以下几种进程调度算法:
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(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较高的作业装入内存。当用于进程调度时,该算法是把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程,这时,又可进一步把该算法分成如下两种。
1)非抢占式优先权算法
在这种方式下,系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后,该进程便一直执行下去,直至完成;或因发生某事件使该进程放弃处理机时,系统方可再将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。这种调度算法主要用于批处理系统中;也可用于某些对实时性要求不严的实时系统中。
2)抢占式优先权调度算法
在这种方式下,系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程,使之执行。但在其执行期间,只要出现了另一个优先权更高的进程,进程调度程序就立即停止当前进程(原优先权最高的进程)的执行,重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。因此,采用这种调度算法时,是每当系统中出现一个新的就绪进程i 时,就将其优先权Pi与正在执行的进程j的优先权Pj进行比较。如果Pi≤Pj,原进程Pj便继续执行;但如果是Pi>Pj,则立即停止Pj的执行,做进程切换,使i 进程投入执行。显然,这种抢占式的优先权调度算法能更好地满足紧迫作业的要求,故而常用于要求比较严格的实时系统中,以及对性能要求较高的批处理和分时系统中。
2.高响应比优先调度算法
在批处理系统中,短作业优先算法是一种比较好的算法,其主要的不足之处是长作业的运行得不到保证。如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权,并使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a
提高,则长作业在等待一定的时间后,必然有机会分配到处理机。该优先权的变化规律可描述为:
由于等待时间与服务时间之和就是系统对该作业的响应时间,故该优先权又相当于响应比RP。据此,又可表示为:
优先权=(等待时间+要求服务时间)/要求服务时间;
Rp=(等待时间+要求服务时间)/要求服务时间=响应时间/要求服务时间;
由上式可以看出:
(1)如果作业的等待时间相同,则要求服务的时间愈短,其优先权愈高,因而该算法有利于短作业。
(2)当要求服务的时间相同时,作业的优先权决定于其等待时间,等待时间愈长,其优先权愈高,因而它实现的是先来先服务。
(3)对于长作业,作业的优先级可以随等待时间的增加而提高,当其等待时间足够长时,其优先级便可升到很高,从而也可获得处理机。简言之,该算法既照顾了短作业,又考虑了作业到达的先后次序,不会使长作业长期得不到服务。因此,该算法实现了一种较好的折中。当然,在利用该算法时,每要进行调度之前,都须先做响应比的计算,这会增加系统开销。
3.多级反馈队列调度算法
多级反馈队列调度算法不必事先知道各种进程所需的执行时间,而且还可以满足各种类型进程的需要,因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。在采用多级反馈队列调度算法的系统中,调度算法的实施过程如下所述。
(1)设置多个就绪队列,并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高,第二个队列次之,其余各队列的优先权逐个降低。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同,在优先权愈高的队列中,为每个进程所规定的执行时间片就愈小。例如,第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍,……,第i+1个队列的时间片要比第i个队列的时间片长一倍。
(2)当一个新进程进入内存后,首先将它放入第一队列的末尾,按FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时,如它能在该时间片内完成,便可准备撤离系统;如果它在一个时间片结束时尚未完成,调度程序便将该进程转入第二队列的末尾,再同样地按FCFS原则等待调度执行;如果它在第二队列中运行一个时间片后仍未完成,再依次将它放入第三队列,……,如此下去,当一个长作业(进程)从第一队列依次降到第n队列后,在第n 队列便采取按时间片轮转的方式运行。
(3)仅当第一队列空闲时,调度程序才调度第二队列中的进程运行;仅当第1~(i-1)队列均空时,才会调度第i队列中的进程运行。如果处理机正在第i队列中为某进程服务时,又有新进程进入优先权较高的队列(第1~(i-1)中的任何一个队列),则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机,即由调度程序把正在运行的进程放回到第i队列的末尾,把处理机分配给新到的高优先权进程。
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