操作系统调度策略：深入剖析进程调度的艺术

见解分享

2022-11-15 13:21:53

操作系统调度：有序执行的灵魂

调度是操作系统的核心，它管理和分配系统资源，确保进程有序执行。下面我们将深入探讨调度策略、调度算法和调度程序，它们共同确保了系统资源的合理分配。

调度策略：有序执行的指导原则

调度策略为调度决策提供了一套指导原则，定义了进程执行的顺序和优先级。常见的调度策略包括：

先来先服务（FCFS）： 按照进程到达的时间顺序执行进程。
轮转（RR）： 将进程放入队列，轮流执行，每个进程在执行一个时间片后返回队列尾部。
最短作业优先（SJF）： 优先执行运行时间最短的进程。
最短剩余时间（SRTF）： 优先执行剩余运行时间最短的进程。
优先级（Priority）： 根据进程的优先级执行进程，优先级高的进程优先执行。
多级反馈队列（MLFQ）： 将进程分为多个队列，每个队列采用不同的调度算法。
实时（Real-Time）： 保证实时进程在指定时间内完成执行。

调度算法：策略的具体实现

调度算法是具体实现调度策略的方法。常见的调度算法包括：

时间片轮转（RR）： 将进程放入队列，轮流执行，每个进程在执行一个时间片后返回队列尾部。
优先级（Priority）： 根据进程的优先级执行进程，优先级高的进程优先执行。
最短作业优先（SJF）： 优先执行运行时间最短的进程。
最短剩余时间（SRTF）： 优先执行剩余运行时间最短的进程。
多级反馈队列（MLFQ）： 将进程分为多个队列，每个队列采用不同的调度算法。
实时（Real-Time）： 保证实时进程在指定时间内完成执行。

调度程序：策略和算法的执行者

调度程序是负责执行调度策略和调度算法的系统组件。常见的调度程序包括：

长程调度程序： 将进程从外存调入内存，并分配内存空间。
中程调度程序： 在内存和外存之间交换进程，以平衡内存的使用。
短程调度程序： 在就绪进程中选择一个进程执行，并将其分配给CPU。

调度在操作系统中的重要性

调度是操作系统的重要组成部分，它影响着系统的性能、吞吐量和公平性。一个好的调度策略和算法可以：

提高平均周转时间：减少进程从提交到完成所需的时间。
降低平均等待时间：减少进程等待执行的时间。
提高系统吞吐量：增加系统单位时间内完成的进程数量。
提高公平性：确保所有进程都有机会执行。
保证实时性：确保实时进程在指定时间内完成执行。

代码示例

RR调度算法（C语言）：

typedef struct {
  int pid;       // 进程ID
  int burst_time; // 剩余执行时间
} Process;

void RR(Process processes[], int n, int quantum) {
  int time = 0; // 当前时间
  int completed = 0; // 已完成的进程数
  while (completed < n) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
      if (processes[i].burst_time > 0) {
        if (processes[i].burst_time > quantum) {
          processes[i].burst_time -= quantum;
          time += quantum;
        } else {
          time += processes[i].burst_time;
          processes[i].burst_time = 0;
          completed++;
        }
      }
    }
  }
}

SJF调度算法（C++）：

class SJF {
 public:
  void sort_by_burst_time(vector<Process>& processes) {
    sort(processes.begin(), processes.end(),
         [](const Process& p1, const Process& p2) { return p1.burst_time < p2.burst_time; });
  }
  
  void schedule(vector<Process>& processes) {
    int time = 0;
    int completed = 0;
    while (completed < processes.size()) {
      sort_by_burst_time(processes);
      for (Process& process : processes) {
        if (process.burst_time > 0) {
          process.burst_time--;
          time++;
          if (process.burst_time == 0) {
            completed++;
          }
        }
      }
    }
  }
};