操作系统调度算法

本文详细介绍了七种进程调度算法，包括先来先服务（FCFS）、优先级调度算法、时间片轮转调度算法、短进程优先（SPF）、最短剩余时间优先调度算法、最高响应比优先调度算法以及多级反馈队列调度算法。

先来先服务（FCFS）调度算法是最基本的调度方法，遵循进程进入就绪队列的顺序进行选择，一旦进程得到处理机，将一直运行至完成或等待事件。尽管表面看似公平，但该算法可能导致大进程长时间运行，使小进程等待，增加平均周转时间，通常不适用于分时和实时系统。

优先级调度算法按照进程的优先级高低进行选择，优先级可动态变化，如基于等待时间、处理机使用时间或其他资源使用情况。分为非剥夺性和可剥夺性两种。非剥夺性算法中，进程一旦获得处理机，将直到完成或主动放弃后才会让出；可剥夺性算法中，更高优先级的进程可以抢占当前运行进程的处理机。

时间片轮转调度算法适合于分时系统，为进程分配固定的时间片，运行结束后自动让出处理机给下一个就绪进程。时间片值的选择对算法性能至关重要，过长可能导致进程等待时间增加，过短则会增加处理机开销，最佳值需根据用户交互时间、进程计算和IO需求等综合考虑。

短进程优先（SPF）调度算法选择运行时间最短的进程优先运行，以减少等待时间，提高系统吞吐量，但可能导致大进程等待。该算法需要预先估计进程运行时间，且可能存在用户为争取优先运行而低估时间的问题。

最短剩余时间优先调度算法是针对分时系统的变形，允许新进入且运行时间更短的进程抢占当前运行进程，以确保及时响应用户需求，同时需要额外的系统开销以保存进程状态和执行剥夺操作。

最高响应比优先调度算法综合考虑等待时间和要求的服务时间，动态计算进程的优先级，确保响应时间短的进程优先运行，兼顾短进程和长进程的需求。

多级反馈队列调度算法基于进程运行情况动态调整队列优先级，优先照顾I/O型进程和交互用户，同时考虑进程性质（I/O型或计算型），通过多个时间片值不同的队列进行调度，以提高系统吞吐量、减少进程等待时间并优化I/O设备利用率。

通过解析每种调度算法的原理、优缺点以及适用场景，本文旨在为读者提供对进程调度算法的深入理解，以便在实际系统设计中做出合适的选择。

本文最终提供了一道练习题，用于分析“可抢占的最高优先级”调度策略的性能指标，包括CPU使用率、I/O1和I/O2的利用率，以及解释了如何在不同情况下调整进程所在队列的序号以体现进程运行特性的变化。