Linux 程序排程演算法

2021-07-16 16:47:05 字數 3483 閱讀 4400

linux中的程序排程演算法分類如下:

一、先來先服務和短作業(程序)

優先排程演算法

1.先來先服務排程演算法(fcfs)

先來先服務(first come first service

,fcfs)

排程演算法是一種最簡單的

、不可搶占式的

排程演算法,既可用於作業排程,也可用於程序排程。該演算法按照程序進入就緒佇列的先後順序選擇可以占用處理器的程序

。每次排程都是從後備作業佇列中選擇乙個或多個最先進入該佇列的作業,將它們調入記憶體,為它們分配資源、建立程序,然後放入就緒佇列。在程序排程中採用fcfs

演算法時,則每次排程是從就緒佇列中選擇乙個最先進入該佇列的程序,為之分配處理機,使之投入執行。該程序一直執行到完成或發生某事件而阻塞後才放棄處理機。優點是

實現簡單

,基本公平。缺點是

後來的程序等待cpu

的時間較長。

它現今主要用作輔助排程法

。例如優先順序排程演算法中使用,當有兩個最高優先順序的程序時,則誰先來,誰就先被排程。

2.短作業(程序

)優先排程演算法

短作業(程序)

優先(shortest process first,

spf)

排程演算法

是指對短作業或短程序優先排程的演算法。它們可以分別用於作業排程和程序排程。

是從就緒佇列中選出乙個估計執行時間最短的程序,將處理機分配給它,使它立即執行並一直執行到完成,或發生某事件而被阻塞放棄處理機時再重新排程。

缺點:⑴必須知道作業的執行時間

⑵對長作業非常不利,長作業的周轉時間會明顯的增長。

⑶在採用spf

演算法時,人機無法實現互動。

⑷該排程演算法完全未考慮作業的緊迫程度,故不能保證緊迫性作業能夠得到及時處理。

二、高優先權優先排程演算法

1.優先權排程演算法(

highest priority first

,hpf)

為了照顧緊迫型作業,使之在進入系統後便獲得優先處理,引入了最高優先權優先(hpf)

排程演算法。此演算法常被用於批處理系統中,作為作業排程演算法,也作為多種作業系統中的程序排程演算法,還可用於實時系統中。當把該演算法用於作業排程時,系統將從後備佇列中選擇若干個優先權最高的作業裝入記憶體。當用於程序排程時,該演算法是把處理機分配給就緒佇列中優先權最高的程序,這時,又可進一步把該演算法分成如下兩種。

(1)非搶占式優先順序排程演算法:該演算法規定,一旦把處理機分配給就緒數列中優先順序最高的程序後,該程序便一直執行下去。

(2)搶占式優先順序排程演算法:把處理機分配給就緒數列中優先順序最高的程序後,若中間出現了更高優先順序的程序,處理機就會去處理優先順序更好的程序。

2.高響應比優先排程演算法

在批處理系統中,短作業優先演算法是一種比較好的演算法,其主要的不足之處是長作業的執行得不到保證。如果我們能為每個作業引入前面所述的動態優先權,並使作業的優先順序隨著等待時間的增加而以速率a

提高,則長作業在等待一定的時間後,必然有機會分配到處理機。該優先權的變化規律可描述為:

優先權=(等待時間+服務時間)/ 服務時間

由於等待時間與服務時間之和就是系統對該作業的響應時間,故該優先權又相當於響應比rp

。據此,又可表示為:

rp=(等待時間+服務時間)/ 服務時間 = 響應時間 / 服務時間

由上式可以看出:

(1) 如果作業的等待時間相同,則要求服務的時間愈短,其優先權愈高,因而該演算法有利於短作業。

(2) 當要求服務的時間相同時,作業的優先權決定於其等待時間,等待時間愈長,其優先權愈高,因而它實現的是先來先服務。

(3) 對於長作業,作業的優先順序可以隨等待時間的增加而提高,當其等待時間足夠長時,其優先順序便可公升到很高,從而也可獲得處理機。簡言之,該演算法既照顧了短作業,又考慮了作業到達的先後次序,不會使長作業長期得不到服務。因此,該演算法實現了一種較好的折衷。當然,在利用該演算法時,每要進行排程之前,都須先做響應比的計算,這會增加系統開銷。

三、基於時間片的輪轉排程演算法

時間片輪轉法(

round robin)

在早期的時間片輪轉法中,系統將所有的就緒程序按先來先服務的原則排成乙個佇列,每次排程時,把cpu

分配給隊首程序,並令其執行乙個時間片。時間片的大小從幾

ms 到幾百

ms。當執行的時間片用完時,由乙個計時器發出時鐘中斷請求,排程程式便據此訊號來停止該程序的執行,並將它送往就緒佇列的末尾;然後,再把處理機分配給就緒佇列中新的隊首程序,同時也讓它執行乙個時間片。這樣就可以保證就緒佇列中的所有程序在一給定的時間內均能獲得一時間片的處理機執行時間。換言之,系統能在給定的時間內響應所有使用者的請求。

四、多級反饋佇列排程演算法

前面介紹的各種用作程序排程的演算法都有一定的侷限性。如短程序優先的排程演算法,僅照顧了短程序而忽略了長程序,而且如果並未指明程序的長度,則短程序優先和基於程序長度的搶占式排程演算法都將無法使用。而多級反饋佇列排程演算法則不必事先知道各種程序所需的執行時間,而且還可以滿足各種型別程序的需要,因而它是目前被公認的一種較好的程序排程演算法。在採用多級反饋佇列排程演算法的系統中,排程演算法的實施過程如下所述。

(1) 應設定多個就緒佇列,並為各個佇列賦予不同的優先順序。第乙個佇列的優先順序最高,第二個佇列次之,其餘各佇列的優先權逐個降低。該演算法賦予各個佇列中程序執行時間片的大小也各不相同,在優先權愈高的佇列中,為每個程序所規定的執行時間片就愈小。例如,第二個佇列的時間片要比第乙個佇列的時間片長一倍,……,第

i+1個佇列的時間片要比第

i個佇列的時間片長一倍。

(2) 當乙個新程序進入記憶體後,首先將它放入第一佇列的末尾,按

fcfs

原則排隊等待排程。當輪到該程序執行時,如它能在該時間片內完成,便可準備撤離系統;如果它在乙個時間片結束時尚未完成,排程程式便將該程序轉入第二佇列的末尾,再同樣地按

fcfs

原則等待排程執行;如果它在第二佇列中執行乙個時間片後仍未完成,再依次將它放入第三佇列,……,如此下去,當乙個長作業(程序

)從第一佇列依次降到第

n佇列後,在第

n 佇列便採取按時間片輪轉的方式執行。

(3) 僅當第一佇列空閒時,排程程式才排程第二佇列中的程序執行;僅當第1~

(i-1)

佇列均空時,才會排程第

i佇列中的程序執行。如果處理機正在第

i佇列中為某程序服務時,又有新程序進入優先權較高的佇列(第

1~(i-1)

中的任何乙個佇列

),則此時新程序將搶占正在執行程序的處理機,即由排程程式把正在執行的程序放回到第

i佇列的末尾,把處理機分配給新到的高優先權程序。

本文出自 「娜些維度的雪」 部落格,請務必保留此出處

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