CPU 调度的不同策略与应用

2023-10-11 16:27:16

引言

在现代计算机系统中，CPU 调度是操作系统的一项重要功能，它负责将系统资源分配给各个进程，以确保系统能够高效地运行。CPU 调度算法有多种，每种算法都有其独特的优缺点，在不同的场景下适用不同的算法。本文将对 CPU 调度算法进行深入探讨，分析各种算法的优缺点，并提供详细的示例和案例，帮助您全面掌握 CPU 调度的知识。

CPU 调度算法的分类

CPU 调度算法可以分为两大类：抢占式调度算法和非抢占式调度算法。

抢占式调度算法 ：抢占式调度算法允许高优先级的进程中断低优先级的进程，从而提高系统的响应时间。抢占式调度算法的优点是能够保证高优先级的进程能够及时获得资源，缺点是可能会导致低优先级的进程长时间等待。
非抢占式调度算法 ：非抢占式调度算法不允许高优先级的进程中断低优先级的进程，因此低优先级的进程可能会长时间占用 CPU 资源。非抢占式调度算法的优点是能够保证低优先级的进程能够完成其任务，缺点是可能会导致高优先级的进程长时间等待。

常见的 CPU 调度算法

在实际应用中，常用的 CPU 调度算法包括：

先来先服务 (FCFS) ：FCFS 算法是一种非抢占式调度算法，按照进程到达系统的时间顺序进行调度。FCFS 算法简单易实现，但可能会导致某些进程长时间等待。
短作业优先 (SJF) ：SJF 算法是一种非抢占式调度算法，按照进程的运行时间顺序进行调度。SJF 算法能够保证短作业能够尽快完成，但可能会导致某些长作业长时间等待。
轮转调度 (RR) ：RR 算法是一种抢占式调度算法，按照进程的到达时间顺序进行调度，每个进程都会分配一个时间片。当一个进程的时间片用完后，系统会将其中断，并调度下一个进程。RR 算法能够保证每个进程都能公平地获得 CPU 资源，但可能会导致某些进程长时间等待。
优先级调度 (PR) ：PR 算法是一种抢占式调度算法，按照进程的优先级顺序进行调度。PR 算法能够保证高优先级的进程能够及时获得 CPU 资源，但可能会导致低优先级的进程长时间等待。

CPU 调度算法的比较

下表比较了上述几种 CPU 调度算法的优缺点：

算法	优点	缺点
FCFS	简单易实现	可能导致某些进程长时间等待
SJF	能够保证短作业能够尽快完成	可能导致某些长作业长时间等待
RR	能够保证每个进程都能公平地获得 CPU 资源	可能导致某些进程长时间等待
PR	能够保证高优先级的进程能够及时获得 CPU 资源	可能导致低优先级的进程长时间等待

CPU 调度算法的选择

在选择 CPU 调度算法时，需要考虑以下几个因素：

系统的类型 ：不同的系统对 CPU 调度的要求不同，例如，实时系统要求 CPU 调度算法能够保证高优先级的进程能够及时获得 CPU 资源，而批处理系统则要求 CPU 调度算法能够提高系统的吞吐量。
进程的类型 ：不同的进程对 CPU 资源的需求不同，例如，交互式进程要求 CPU 调度算法能够保证进程能够及时响应用户的输入，而计算密集型进程则要求 CPU 调度算法能够为进程分配足够的 CPU 时间。
系统的负载 ：系统的负载对 CPU 调度的影响很大，在系统负载较低时，可以采用非抢占式调度算法，而在系统负载较高时，则需要采用抢占式调度算法。