Linux（五）：进程调度算法

雨点打透心脏的1/2处 2022-07-12 08:47 204阅读 0赞

进程调度，用户进程数进程调度一般都多于处理机数、这将导致它们互相争夺处理机。另外，系统进程也同样需要使用处理机。无论是在批处理系统还是分时系统中，用户进程数进程调度一般都多于处理机数、这将导致它们互相争夺处理机。另外，系统进程也同样需要使用处理机。这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理机分配给处于就绪队列中的某一个进程，以使之执行。

进程调度的的分级 高级、中级和低级调度作业从提交开始直到完成，往往要经历下述三级调度： 高级调度：(High-Level Scheduling)又称为作业调度，它决定把后备作业调入内存运行； 低级调度：(Low-Level Scheduling)又称为进程调度，它决定把就绪队列的某进程获得CPU； 中级调度：(Intermediate-Level Scheduling)又称为在[虚拟存储器][Link 1]中引入，在内、外存对换区进行进程对换。

本机使用CentOS6.5 内核：2.6.32-431.el6.i686

Linux所采用的进程调度算法：在2.6以前，采用的是内核非抢占调度算法。在2.6之后，调度算法可以简单的归为两大类：CFS（公平调度类）和实时调度类，而实时调度类支持内核和用户态抢占。

1.先来先服务算法：如果早就绪的进程排在就绪队列的前面，迟就绪的进程排在就绪队列的后面，那么先来先服务([FCFS][]: first come first service)总是把当前处于就绪队列之首的那个[进程调度][Link 2]到运行状态。也就说，它只考虑进程进入就绪队列的先后，而不考虑它的下一个[CPU周期][CPU]的长短及其他因素。FCFS算法简单易行，是一种非抢占式策略，但性能却不大好。  
按照进程进入就绪队列的先后顺序调度并分配处理机执行。先来先服务调度算法是一种非抢占式的算法，先进入就绪队列的进程，先分配处理机运行。一旦一个进程占有了处理机，它就一直运行下去，直到该进程完成工作或者因为等待某事件发生而不能继续运行时才释放处理机。  
（1）系统只要有按FIFO规则建立的后备作业队列或就绪进程队列即可，就是一个[作业控制块][Link 3]JCB或[进程控制块][Link 4]PCB加入队列时加在相应队列末尾。  
（2）调度退出队列时从相应队列首开始顺序扫描，将相关的JCB或PCB调度移出相应队列。  
![SouthEast][]  
优缺点：  
有利于长作业（进程）而不利于短作业（进程）  
有利于CPU繁忙型作业（进程）而不利于I/O繁忙型作业（进程）  
2.[时间片轮转调度][Link 5]算法：是一种最古老，最简单，最公平且使用最广的算法。每个进程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表，当进程用完它的时间片后，它被移到队列的末尾。  
时间片轮转调度中唯一有趣的一点是时间片的长度。从一个进程切换到另一个进程是需要一定时间的--保存和装入[寄存器][Link 6]值及内存映像，更新各种表格和队列等。假如[进程切换][Link 7](process switch) - 有时称为[上下文切换][Link 8](context switch)，需要5毫秒，再假设时间片设为20毫秒，则在做完20毫秒有用的工作之后，CPU将花费5毫秒来进行进程切换。CPU时间的20%被浪费在了管理开销上。  
为了提高CPU效率，我们可以将时间片设为500毫秒。这时浪费的时间只有1%。但考虑在一个分时系统中，如果有十个交互用户几乎同时按下回车键，将发生什么情况？假设所有其他进程都用足它们的时间片的话，最后一个不幸的进程不得不等待5秒钟才获得运行机会。多数用户无法忍受一条简短命令要5秒钟才能做出响应。同样的问题在一台支持多道程序的个人计算机上也会发生。结论可以归结如下：时间片设得太短会导致过多的进程切换，降低了CPU效率；而设得太长又可能引起对短的交互请求的响应变差。将时间片设为100毫秒通常是一个比较合理的折衷。

3.优先数调度算法：优先数调度算法常用于[批处理系统][Link 9]中。在[进程调度][Link 2]中，每次调度时，系统把[处理机][Link 10]分配给就绪[队列][Link 11]中优先数最高的进程。它又分为两种：[非抢占式][Link 12]优先数算法和抢占式优先数算法。  
在[非抢占式][Link 12]优先数算法下，系统一旦把[处理机][Link 10]分配给就绪[队列][Link 11]中优先数最高的进程后，这个进程就会一直运行，直到完成或发生某事件使它放弃处理机，这时系统才能重新将处理机分配给就绪队列中的另一个优先数最高的进程。  
在[抢占式][Link 13]优先数算法下，系统先将[处理机][Link 10]分配给就绪[队列][Link 11]中优先数最高的进程度让它运行，但在运行的过程中，如果出现另一个优先数比它高的进程，它就要立即停止，并将处理机分配给新的高优先数进程。

4.多级反馈调度算法：前面介绍的各种用作进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，而且如果并未指明进程的长度，则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将无法使用。而多级反馈队列调度算法则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) 应设置多个就绪队列，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。

[Link 1]: https://www.baidu.com/s?wd=%E8%99%9A%E6%8B%9F%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%99%A8&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1YkuAmdnycsmWf4uWm1rjuW0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EPH03n10YPHcv
[FCFS]: http://baike.baidu.com/subview/241240/241240.htm
[Link 2]: http://baike.baidu.com/view/1380355.htm
[CPU]: http://baike.baidu.com/subview/178158/178158.htm
[Link 3]: http://baike.baidu.com/subview/396336/396336.htm
[Link 4]: http://baike.baidu.com/subview/396362/396362.htm
[SouthEast]: /images/20220710/a6edf66e05b14c9bb290ab9c08e5b840.png
[Link 5]: http://baike.baidu.com/view/3692729.htm
[Link 6]: http://baike.baidu.com/view/6159.htm
[Link 7]: http://baike.baidu.com/view/3047148.htm
[Link 8]: http://baike.baidu.com/view/8083977.htm
[Link 9]: http://baike.baidu.com/view/1685060.htm
[Link 10]: http://baike.baidu.com/view/2107226.htm
[Link 11]: http://baike.baidu.com/view/38959.htm
[Link 12]: http://baike.baidu.com/view/1448323.htm
[Link 13]: http://baike.baidu.com/view/1448318.htm