搶占式內(nèi)核調(diào)度算法

1/1搶占式內(nèi)核調(diào)度算法第一部分搶占式內(nèi)核調(diào)度算法概述 2第二部分先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法 4第三部分短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法 6第四部分輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（RR） 8第五部分最高響應(yīng)比優(yōu)先（HRRN）調(diào)度算法 12第六部分多級反饋隊列（MLFQ）調(diào)度算法 15第七部分實時調(diào)度算法 18第八部分操作系統(tǒng)實現(xiàn)搶占式內(nèi)核調(diào)度的機(jī)制 20

第一部分搶占式內(nèi)核調(diào)度算法概述關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【搶占式內(nèi)核調(diào)度算法概述】：

1.搶占式內(nèi)核調(diào)度算法是一種允許高優(yōu)先級進(jìn)程搶占低優(yōu)先級進(jìn)程的CPU時間片，從而提高系統(tǒng)整體性能的調(diào)度算法。

2.搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的主要特點是：①高優(yōu)先級進(jìn)程可以隨時搶占低優(yōu)先級進(jìn)程的CPU時間片，②搶占不會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，③搶占不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

3.搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的優(yōu)點是：①可以提高系統(tǒng)整體性能，②可以保證高優(yōu)先級進(jìn)程的實時性，③可以防止低優(yōu)先級進(jìn)程無限期地占用CPU時間片。

【搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的實現(xiàn)方式】：

#搶占式內(nèi)核調(diào)度算法概述

搶占式內(nèi)核調(diào)度算法是一種計算機(jī)調(diào)度算法，它允許優(yōu)先級更高的進(jìn)程搶占優(yōu)先級較低的進(jìn)程的CPU時間。這與非搶占式調(diào)度算法形成對比，其中低優(yōu)先級的進(jìn)程必須等待高優(yōu)先級的進(jìn)程執(zhí)行完畢才能運行。

搶占式內(nèi)核調(diào)度算法通常用于需要快速響應(yīng)時間或必須滿足嚴(yán)格時間限制的系統(tǒng)。例如，搶占式內(nèi)核調(diào)度算法被廣泛用于實時操作系統(tǒng)。

搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的優(yōu)點

*快速響應(yīng)時間：搶占式內(nèi)核調(diào)度算法允許高優(yōu)先級的進(jìn)程搶占低優(yōu)先級的進(jìn)程的CPU時間，這可以確保對時間敏感的進(jìn)程能夠快速執(zhí)行。

*公平性：搶占式內(nèi)核調(diào)度算法可以確保所有進(jìn)程都能夠公平地獲得CPU時間。由于高優(yōu)先級的進(jìn)程可以搶占低優(yōu)先級的進(jìn)程的CPU時間，因此低優(yōu)先級的進(jìn)程不會被高優(yōu)先級的進(jìn)程無限期地餓死。

*效率：搶占式內(nèi)核調(diào)度算法可以提高CPU的利用率。由于高優(yōu)先級的進(jìn)程可以搶占低優(yōu)先級的進(jìn)程的CPU時間，因此CPU可以始終被高優(yōu)先級的進(jìn)程使用，從而提高了CPU的利用率。

搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的缺點

*復(fù)雜性：搶占式內(nèi)核調(diào)度算法比非搶占式內(nèi)核調(diào)度算法更復(fù)雜。這是因為搶占式內(nèi)核調(diào)度算法必須能夠跟蹤每個進(jìn)程的優(yōu)先級，并決定何時搶占正在運行的進(jìn)程。

*開銷：搶占式內(nèi)核調(diào)度算法會產(chǎn)生一些開銷。這是因為搶占式內(nèi)核調(diào)度算法需要在進(jìn)程之間切換時保存和恢復(fù)進(jìn)程的狀態(tài)。

*安全風(fēng)險：搶占式內(nèi)核調(diào)度算法可能會導(dǎo)致安全風(fēng)險。這是因為搶占式內(nèi)核調(diào)度算法允許高優(yōu)先級的進(jìn)程搶占低優(yōu)先級的進(jìn)程的CPU時間，這可能會導(dǎo)致低優(yōu)先級的進(jìn)程無法獲取足夠的CPU時間來完成其任務(wù)。

搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的常見實現(xiàn)

搶占式內(nèi)核調(diào)度算法有許多不同的實現(xiàn)方式。其中最常見的實現(xiàn)方式包括：

*優(yōu)先級調(diào)度算法：優(yōu)先級調(diào)度算法是搶占式內(nèi)核調(diào)度算法中最簡單的一種實現(xiàn)方式。在優(yōu)先級調(diào)度算法中，每個進(jìn)程都被分配一個優(yōu)先級。優(yōu)先級較高的進(jìn)程比優(yōu)先級較低的進(jìn)程有更高的優(yōu)先權(quán)獲取CPU時間。

*時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法：時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法也是搶占式內(nèi)核調(diào)度算法中最常見的一種實現(xiàn)方式。在時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法中，每個進(jìn)程都被分配一個時間片。當(dāng)一個進(jìn)程的時間片用完時，它會被搶占，另一個進(jìn)程開始執(zhí)行。

*多級反饋隊列調(diào)度算法：多級反饋隊列調(diào)度算法是一種比較復(fù)雜的搶占式內(nèi)核調(diào)度算法。在多級反饋隊列調(diào)度算法中，進(jìn)程被劃分為多個隊列。每個隊列都有自己獨特的調(diào)度算法。當(dāng)一個進(jìn)程的優(yōu)先級發(fā)生變化時，它可能會被移動到另一個隊列。第二部分先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法】：

1.FCFS的基本原理是，按照進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列的先后順序來調(diào)度進(jìn)程執(zhí)行，即誰先進(jìn)入就緒隊列，誰就先執(zhí)行。

2.FCFS調(diào)度算法的優(yōu)點是簡單、易于實現(xiàn)，并且具有公平性，即每個進(jìn)程都有可能在有限的時間內(nèi)執(zhí)行。

3.FCFS調(diào)度算法的缺點是，當(dāng)某個進(jìn)程執(zhí)行時間過長時，會造成后來的進(jìn)程長時間等待，從而降低系統(tǒng)整體的吞吐量。

【先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法的變種】：

先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法

先來先服務(wù)（FCFS，F(xiàn)irst-Come-First-Served）調(diào)度算法，也稱為先進(jìn)先出調(diào)度算法，是一種最簡單的非搶占式調(diào)度算法。它的基本思想是：已就緒的任務(wù)先放入隊列，等待CPU，然后按照它們的到達(dá)順序進(jìn)行調(diào)度。

FCFS算法的特點

*公平性：FCFS算法是一種公平的調(diào)度算法，因為它保證了先到達(dá)的進(jìn)程先得到處理。

*簡單性：FCFS算法的實現(xiàn)非常簡單，只需維護(hù)一個隊列，并將新到達(dá)的進(jìn)程添加到隊列的末尾即可。

*低開銷：FCFS算法的開銷很低，因為不需要維護(hù)進(jìn)程的優(yōu)先級或其他信息。

FCFS算法的優(yōu)缺點

優(yōu)點

*公平性：如上所述，F(xiàn)CFS算法是一種公平的調(diào)度算法，它保證了先到達(dá)的進(jìn)程先得到處理。

*簡單性：FCFS算法的實現(xiàn)非常簡單，只需要維護(hù)一個隊列，并將新到達(dá)的進(jìn)程添加到隊列的末尾即可。

*低開銷：FCFS算法的開銷很低，因為不需要維護(hù)進(jìn)程的優(yōu)先級或其他信息。

缺點

*等待時間長：FCFS算法可能會導(dǎo)致進(jìn)程等待時間很長，因為后到達(dá)的進(jìn)程必須等到先到達(dá)的進(jìn)程完成處理后才能得到處理。

*不利于資源利用率：FCFS算法不利于資源利用率，因為后到達(dá)的進(jìn)程可能擁有能快速運行的資源，但由于必須等到先到達(dá)的進(jìn)程完成處理后才能得到處理，因此導(dǎo)致資源空閑。

*不適合實時系統(tǒng)：FCFS算法不適合于實時系統(tǒng)，因為在實時系統(tǒng)中，需要保證某些進(jìn)程能夠在一定的時間內(nèi)得到處理，而FCFS算法無法保證這一點。第三部分短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法】：

1.概念：短作業(yè)優(yōu)先（SJF）是一種靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法，優(yōu)先調(diào)度估計運行時間短的作業(yè)，將它們放在就緒隊列的開頭，以便首先執(zhí)行它們。

2.優(yōu)勢：

?提高系統(tǒng)吞吐量：由于SJF優(yōu)先調(diào)度短作業(yè)，因此可以快速完成更多的作業(yè)，從而提高系統(tǒng)吞吐量。

?減少平均等待時間：由于短作業(yè)優(yōu)先執(zhí)行，因此它們在就緒隊列中等待的時間更短，從而減少平均等待時間。

3.劣勢：

?饑餓問題：長作業(yè)可能會在就緒隊列中等待很長時間，因為它們總是被短作業(yè)搶占，從而可能導(dǎo)致饑餓問題。

?缺乏公平性：SJF調(diào)度算法對長作業(yè)不公平，因為它們總是被短作業(yè)搶占，導(dǎo)致它們的等待時間更長。

【SJF調(diào)度算法的變體】：

短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法

短作業(yè)優(yōu)先（ShortestJobFirst，SJF）調(diào)度算法是一種非搶占式調(diào)度算法，它將最短作業(yè)（即運行時間最短的作業(yè)）優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行。這種算法的思想很簡單，先執(zhí)行那些運行時間短的作業(yè)，這樣可以減少平均等待時間和平均周轉(zhuǎn)時間。

#SJF算法的基本原理

SJF算法的基本原理如下：

1.將所有作業(yè)按照作業(yè)長度（即運行時間）從小到大排序。

2.選擇作業(yè)長度最小的作業(yè)作為下一個要執(zhí)行的作業(yè)。

3.執(zhí)行該作業(yè)，直到完成。

4.重復(fù)步驟2和步驟3，直到所有作業(yè)都完成。

#SJF算法的優(yōu)缺點

SJF算法的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

*對于短作業(yè)，SJF算法可以顯著減少平均等待時間和平均周轉(zhuǎn)時間。

*SJF算法的實現(xiàn)非常簡單，便于理解和實現(xiàn)。

SJF算法的缺點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

*SJF算法是一種非搶占式調(diào)度算法，這意味著一旦某個作業(yè)開始執(zhí)行，就不能被其他作業(yè)搶占。這可能會導(dǎo)致長作業(yè)長時間占用CPU，而短作業(yè)不得不等待。

*SJF算法對作業(yè)的運行時間非常敏感。如果作業(yè)的運行時間估計不準(zhǔn)確，可能會導(dǎo)致調(diào)度不公平。

*SJF算法無法處理那些作業(yè)長度未知的情況。

#SJF算法的改進(jìn)算法

為了克服SJF算法的缺點，人們提出了多種改進(jìn)算法，其中最著名的有以下幾種：

*先來先服務(wù)（FCFS）算法：FCFS算法是一種最簡單的調(diào)度算法，它按照作業(yè)到達(dá)的時間順序執(zhí)行作業(yè)。FCFS算法的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，開銷小。但FCFS算法的缺點是平均等待時間和平均周轉(zhuǎn)時間都比較長。

*輪轉(zhuǎn)調(diào)度（RR）算法：RR算法是一種時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，它將時間分成相等的時間片，每個作業(yè)在一個時間片內(nèi)執(zhí)行，如果在時間片結(jié)束時作業(yè)還沒有完成，則該作業(yè)會被掛起，等到下一個時間片時再繼續(xù)執(zhí)行。RR算法的優(yōu)點是平均等待時間和平均周轉(zhuǎn)時間都比較短，而且可以很好地處理短作業(yè)和長作業(yè)混合的情況。但RR算法的缺點是實現(xiàn)比較復(fù)雜，開銷比較大。

*最短剩余時間優(yōu)先（SRTF）算法：SRTF算法是一種搶占式調(diào)度算法，它將剩余時間最短的作業(yè)優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行。SRTF算法的優(yōu)點是平均等待時間和平均周轉(zhuǎn)時間都比較短。但SRTF算法的缺點是實現(xiàn)比較復(fù)雜，開銷比較大，而且無法處理那些作業(yè)長度未知的情況。

#SJF算法的適用場景

SJF算法適用于那些作業(yè)長度比較短、對等待時間和周轉(zhuǎn)時間要求比較高的場景。例如，SJF算法可以用于調(diào)度交互式系統(tǒng)中的作業(yè)，因為交互式系統(tǒng)中的作業(yè)通常比較短，而且對等待時間和周轉(zhuǎn)時間要求比較高。第四部分輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（RR）關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（RR）】：

1.輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法是一種時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，它將就緒隊列中的進(jìn)程按照先來先服務(wù)的原則組織成一個隊列，并讓每個進(jìn)程按照時間片輪流執(zhí)行。

2.輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的主要思想是：當(dāng)一個進(jìn)程執(zhí)行時間達(dá)到時間片時，系統(tǒng)將該進(jìn)程移出CPU，并將它放在就緒隊列的末尾，然后從就緒隊列的頭部選擇一個進(jìn)程執(zhí)行。

3.輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法是一種比較公平的調(diào)度算法，它可以保證每個進(jìn)程都能夠在一段時間內(nèi)獲得CPU的使用權(quán)。

【輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的優(yōu)點】：

輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（RR）

輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（RoundRobinSchedulingAlgorithm，簡稱為RR算法）是一種非搶占式調(diào)度算法，它以循環(huán)的方式將CPU時間片分配給各個進(jìn)程。RR算法的具體工作原理如下：

1.將所有就緒隊列中的進(jìn)程按先進(jìn)先出（FIFO）的原則排成一個隊列。

2.將CPU時間片分配給隊首進(jìn)程，并讓該進(jìn)程運行。

3.當(dāng)時間片用盡時，如果隊首進(jìn)程尚未完成，則將其移至隊列尾部，并重新將CPU時間片分配給隊首進(jìn)程。

4.重復(fù)步驟2和步驟3，直到所有進(jìn)程都完成。

RR算法的特點是：

*每個進(jìn)程都能公平地獲得CPU時間片。

*進(jìn)程的平均等待時間較短。

*系統(tǒng)開銷較小。

RR算法的缺點是：

*不能保證進(jìn)程的執(zhí)行順序。

*當(dāng)進(jìn)程數(shù)目較多時，上下文切換的開銷可能會很大。

RR算法適用于以下場景：

*交互式系統(tǒng)，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)器。

*實時系統(tǒng)，如航空航天和醫(yī)療系統(tǒng)。

*批處理系統(tǒng)，如財務(wù)和科學(xué)計算。

RR算法的數(shù)學(xué)模型

RR算法的數(shù)學(xué)模型如下：

```

T_avg=(1/n)*(t_1+t_2+...+t_n)

```

其中：

*T_avg是所有進(jìn)程的平均等待時間。

*n是進(jìn)程數(shù)目。

*t_1、t_2、...、t_n是各個進(jìn)程的等待時間。

RR算法的實例

考慮以下示例：

```

進(jìn)程 到達(dá)時間 服務(wù)時間

P1 0 10

P2 2 5

P3 4 8

```

假設(shè)時間片為2，則RR算法的執(zhí)行過程如下：

```

時間 進(jìn)程 剩余時間

0 P1 10

2 P1 8

4 P2 3

6 P2 1

8 P3 6

10 P3 4

12 P1 2

14 P1 0

```

由此可見，RR算法能夠公平地分配CPU時間片，并使每個進(jìn)程的平均等待時間較短。

RR算法的變種

RR算法有多種變種，其中最常見的是：

*優(yōu)先級輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（PRR）：PRR算法將進(jìn)程劃分為多個優(yōu)先級級別，并優(yōu)先調(diào)度高優(yōu)先級的進(jìn)程。

*多級反饋隊列調(diào)度算法（MLFQ）：MLFQ算法將就緒隊列劃分為多個隊列，并根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級和運行時間將進(jìn)程分配到不同的隊列。

*時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（TQRR）：TQRR算法將時間片動態(tài)地分配給進(jìn)程，并根據(jù)進(jìn)程的運行情況調(diào)整時間片的大小。

RR算法的應(yīng)用

RR算法廣泛應(yīng)用于各種操作系統(tǒng)和實時系統(tǒng)中，如Linux、Windows和VxWorks。RR算法也用于云計算和分布式系統(tǒng)中，如AmazonWebServices和GoogleCloudPlatform。

RR算法的優(yōu)缺點

RR算法的優(yōu)點包括：

*公平性：RR算法能夠公平地分配CPU時間片，并使每個進(jìn)程的平均等待時間較短。

*簡單性：RR算法的實現(xiàn)相對簡單，系統(tǒng)開銷較小。

RR算法的缺點包括：

*缺乏對優(yōu)先級的支持：RR算法不能保證進(jìn)程的執(zhí)行順序，因此對于需要按優(yōu)先級執(zhí)行的進(jìn)程，RR算法并不是一個好的選擇。

*上下文切換開銷：當(dāng)進(jìn)程數(shù)目較多時，RR算法的上下文切換開銷可能會很大。

RR算法的總結(jié)

RR算法是一種非搶占式調(diào)度算法，它以循環(huán)的方式將CPU時間片分配給各個進(jìn)程。RR算法的特點是公平性、簡單性和低開銷。RR算法適用于交互式系統(tǒng)、實時系統(tǒng)和批處理系統(tǒng)。第五部分最高響應(yīng)比優(yōu)先（HRRN）調(diào)度算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點最高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法（HRRN）的概念

1.HRRN算法的基本原理：通過計算每個任務(wù)的響應(yīng)比來確定任務(wù)的優(yōu)先級，響應(yīng)比是指任務(wù)等待時間與運行時間的比率。

2.HRRN算法的優(yōu)點：能夠保證系統(tǒng)中每個任務(wù)都能得到公平的處理，避免長時間等待的現(xiàn)象，并且具有較高的平均等待時間和平均周轉(zhuǎn)時間。

3.HRRN算法的缺點：算法的計算復(fù)雜度較高，在任務(wù)數(shù)量較多時可能導(dǎo)致系統(tǒng)開銷過大，并且該算法對突發(fā)任務(wù)的響應(yīng)能力較差。

最高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法（HRRN）的計算方法

1.響應(yīng)比的計算方法：響應(yīng)比=（等待時間+運行時間）/運行時間。

2.任務(wù)優(yōu)先級的確定方法：根據(jù)各個任務(wù)的響應(yīng)比，將響應(yīng)比較大的任務(wù)排在優(yōu)先級較高的位置。

3.調(diào)度過程：調(diào)度器根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級，按照響應(yīng)比從大到小依次調(diào)度任務(wù)，直到所有任務(wù)都完成。

最高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法（HRRN）的性能特點

1.平均等待時間：HRRN算法的平均等待時間通常較低，因為算法能夠保證系統(tǒng)中每個任務(wù)都能得到公平的處理，避免長時間等待的現(xiàn)象。

2.平均周轉(zhuǎn)時間：HRRN算法的平均周轉(zhuǎn)時間也比較低，因為算法能夠有效地提高系統(tǒng)吞吐量，減少任務(wù)在系統(tǒng)中的停留時間。

3.響應(yīng)能力：HRRN算法對突發(fā)任務(wù)的響應(yīng)能力較差，因為算法傾向于優(yōu)先調(diào)度具有較高響應(yīng)比的任務(wù)。

最高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法（HRRN）的適用場景

1.HRRN算法適用于任務(wù)數(shù)量較少、任務(wù)運行時間較短的系統(tǒng)，因為算法的計算復(fù)雜度較高，在任務(wù)數(shù)量較多時可能導(dǎo)致系統(tǒng)開銷過大。

2.HRRN算法適用于對任務(wù)響應(yīng)時間要求較高的系統(tǒng)，因為算法能夠保證系統(tǒng)中每個任務(wù)都能得到公平的處理，避免長時間等待的現(xiàn)象。

3.HRRN算法適用于需要保證任務(wù)優(yōu)先級順序的系統(tǒng)，因為算法能夠根據(jù)任務(wù)的響應(yīng)比確定任務(wù)的優(yōu)先級，從而有效地調(diào)度任務(wù)。

最高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法（HRRN）的發(fā)展趨勢

1.HRRN算法的研究方向之一是提高算法的計算效率，以降低算法的計算復(fù)雜度，提高算法在任務(wù)數(shù)量較多時的性能。

2.HRRN算法的另一個研究方向是提高算法對突發(fā)任務(wù)的響應(yīng)能力，例如通過引入動態(tài)優(yōu)先級調(diào)整機(jī)制，使算法能夠根據(jù)突發(fā)任務(wù)的特性及時調(diào)整任務(wù)的優(yōu)先級。

3.HRRN算法還可以結(jié)合其他調(diào)度算法，例如時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法、最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法等，形成混合調(diào)度算法，以提高系統(tǒng)的整體性能。

最高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法（HRRN）的前沿應(yīng)用

1.HRRN算法被廣泛應(yīng)用于實時操作系統(tǒng)中，例如VxWorks、QNX、μC/OS-II等，用于調(diào)度任務(wù)，確保實時任務(wù)能夠及時得到處理。

2.HRRN算法也可以應(yīng)用于云計算平臺，例如AmazonEC2、MicrosoftAzure、GoogleCloudPlatform等，用于調(diào)度虛擬機(jī)，提高云平臺的資源利用率。

3.HRRN算法還可以應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，用于調(diào)度物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和實時性。最高響應(yīng)比優(yōu)先（HRRN）調(diào)度算法

最高響應(yīng)比優(yōu)先（HRRN）調(diào)度算法是一種非搶占式內(nèi)核調(diào)度算法，它考慮了進(jìn)程的等待時間和運行時間，以確定哪個進(jìn)程應(yīng)該被優(yōu)先執(zhí)行。HRRN算法通過計算每個進(jìn)程的響應(yīng)比來確定其優(yōu)先級，響應(yīng)比定義為：

```

響應(yīng)比=(等待時間+運行時間)/運行時間

```

其中，等待時間是指進(jìn)程從提交到開始執(zhí)行之間的時間，運行時間是指進(jìn)程執(zhí)行所需的時間。

HRRN算法會選擇具有最高響應(yīng)比的進(jìn)程作為下一個被執(zhí)行的進(jìn)程。如果有多個進(jìn)程具有相同的最高響應(yīng)比，則會選擇具有最短運行時間的進(jìn)程。

HRRN算法的優(yōu)點在于，它可以保證每個進(jìn)程都會被執(zhí)行，并且可以提高平均周轉(zhuǎn)時間和平均等待時間。然而，HRRN算法也存在一些缺點，例如，它可能會導(dǎo)致某些進(jìn)程餓死，即永遠(yuǎn)無法被執(zhí)行。此外，HRRN算法需要記錄每個進(jìn)程的等待時間和運行時間，這可能會增加系統(tǒng)開銷。

#HRRN算法的具體實現(xiàn)

HRRN算法的具體實現(xiàn)如下：

1.當(dāng)一個新的進(jìn)程提交時，將該進(jìn)程添加到就緒隊列中。

2.計算每個進(jìn)程的響應(yīng)比。

3.選擇具有最高響應(yīng)比的進(jìn)程作為下一個被執(zhí)行的進(jìn)程。

4.如果有多個進(jìn)程具有相同的最高響應(yīng)比，則選擇具有最短運行時間的進(jìn)程。

5.執(zhí)行所選進(jìn)程。

6.當(dāng)所選進(jìn)程執(zhí)行完成后，將其從就緒隊列中刪除。

7.重復(fù)步驟2-6，直到就緒隊列為空。

#HRRN算法的性能分析

HRRN算法的性能分析如下：

*平均周轉(zhuǎn)時間：HRRN算法可以減少平均周轉(zhuǎn)時間，因為具有較高響應(yīng)比的進(jìn)程會優(yōu)先被執(zhí)行。

*平均等待時間：HRRN算法也可以減少平均等待時間，因為具有較長等待時間的進(jìn)程會優(yōu)先被執(zhí)行。

*CPU利用率：HRRN算法可以提高CPU利用率，因為具有較高響應(yīng)比的進(jìn)程會優(yōu)先被執(zhí)行，因此CPU空閑的時間會減少。

*公平性：HRRN算法可以保證每個進(jìn)程都會被執(zhí)行，因此具有較高響應(yīng)比的進(jìn)程會優(yōu)先被執(zhí)行，但是每個進(jìn)程都有相同的機(jī)會被執(zhí)行。

#HRRN算法的應(yīng)用

HRRN算法可以用于各種操作系統(tǒng)中，例如，Linux、Windows和macOS。此外，HRRN算法還可以用于其他領(lǐng)域，例如，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、并行處理和分布式系統(tǒng)。第六部分多級反饋隊列（MLFQ）調(diào)度算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【多級反饋隊列（MLFQ）調(diào)度算法】：

1.定義：多級反饋隊列（MLFQ）調(diào)度算法是一種多級隊列調(diào)度算法，它將進(jìn)程劃分為多個隊列，并根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級和運行時間來決定哪個進(jìn)程可以運行。

2.隊列結(jié)構(gòu)：MLFQ調(diào)度算法通常使用多級隊列來管理進(jìn)程，每個隊列都有自己的優(yōu)先級和時間片。優(yōu)先級較高的隊列具有較短的時間片，而優(yōu)先級較低的隊列具有較長的時間片。

3.調(diào)度策略：MLFQ調(diào)度算法通常使用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度策略來調(diào)度進(jìn)程。當(dāng)一個進(jìn)程使用完自己的時間片后，它會被移到下一個較低優(yōu)先級的隊列中。如果一個進(jìn)程在所有隊列中都運行完自己的時間片，則它會被終止。

【優(yōu)先級提升】：

多級反饋隊列（MLFQ）調(diào)度算法

多級反饋隊列（MLFQ）調(diào)度算法是一種分時調(diào)度算法，它將進(jìn)程分為多個隊列，每個隊列都有自己的調(diào)度策略。

#基本原理

MLFQ算法的基本原理是，當(dāng)一個進(jìn)程進(jìn)入系統(tǒng)時，它會被分配到一個隊列中。該隊列的調(diào)度策略決定了該進(jìn)程將如何被調(diào)度。如果一個進(jìn)程在某個隊列中等待的時間太長，它就會被移動到另一個隊列中，該隊列的調(diào)度策略更加有利于該進(jìn)程。

#隊列結(jié)構(gòu)

MLFQ算法通常使用多級隊列結(jié)構(gòu)，其中每個隊列都有自己的調(diào)度策略。最常見的隊列結(jié)構(gòu)是三級隊列結(jié)構(gòu)，包括：

*前臺隊列（Foregroundqueue）：此隊列用于調(diào)度交互式進(jìn)程，這些進(jìn)程需要快速響應(yīng)。前臺隊列通常采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。

*后臺隊列（Backgroundqueue）：此隊列用于調(diào)度批處理進(jìn)程，這些進(jìn)程不需要快速響應(yīng)。后臺隊列通常采用優(yōu)先級調(diào)度算法。

*就緒隊列（Readyqueue）：此隊列用于調(diào)度所有正在等待執(zhí)行的進(jìn)程。就緒隊列通常采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。

#調(diào)度策略

MLFQ算法的調(diào)度策略因隊列的不同而異。前臺隊列通常采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，這意味著每個進(jìn)程都會被分配一個時間片，并在其時間片內(nèi)執(zhí)行。當(dāng)一個進(jìn)程的時間片用完后，它會被移出前臺隊列并放入后臺隊列。后臺隊列通常采用優(yōu)先級調(diào)度算法，這意味著優(yōu)先級較高的進(jìn)程將優(yōu)先執(zhí)行。

#進(jìn)程移動

在MLFQ算法中，進(jìn)程可以根據(jù)其行為在隊列之間移動。例如，如果一個進(jìn)程在后臺隊列中等待的時間太長，它可能會被移動到前臺隊列，以便它能夠更快地執(zhí)行。同樣，如果一個進(jìn)程在前臺隊列中表現(xiàn)不佳，它可能會被移動到后臺隊列，以便它能夠釋放資源給其他進(jìn)程使用。

#優(yōu)點

MLFQ算法具有以下優(yōu)點：

*提高了系統(tǒng)的吞吐量。MLFQ算法通過將進(jìn)程分為不同的隊列并為每個隊列分配不同的調(diào)度策略，可以提高系統(tǒng)的吞吐量。

*提高了系統(tǒng)的響應(yīng)時間。MLFQ算法通過為交互式進(jìn)程提供優(yōu)先級，可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間。

*提高了系統(tǒng)的公平性。MLFQ算法通過防止進(jìn)程在隊列中無限期地等待，可以提高系統(tǒng)的公平性。

#缺點

MLFQ算法也存在以下缺點：

*實現(xiàn)復(fù)雜。MLFQ算法的實現(xiàn)相對復(fù)雜，因為它需要維護(hù)多個隊列并為每個隊列分配不同的調(diào)度策略。

*開銷大。MLFQ算法的開銷相對較大，因為它需要在進(jìn)程之間進(jìn)行頻繁的移動。

*可能導(dǎo)致饑餓。MLFQ算法可能會導(dǎo)致某些進(jìn)程無限期地等待，這稱為饑餓。

#適用場景

MLFQ算法適用于以下場景：

*交互式系統(tǒng)。MLFQ算法非常適合交互式系統(tǒng)，因為這些系統(tǒng)需要快速響應(yīng)。

*批處理系統(tǒng)。MLFQ算法也適用于批處理系統(tǒng)，因為這些系統(tǒng)需要高吞吐量。

*混合系統(tǒng)。MLFQ算法還適用于混合系統(tǒng)，即同時運行交互式進(jìn)程和批處理進(jìn)程的系統(tǒng)。第七部分實時調(diào)度算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【實時調(diào)度算法】：

1.實時調(diào)度算法是一種能夠滿足實時任務(wù)時間限制的調(diào)度算法，它可以保證任務(wù)在規(guī)定的時間內(nèi)完成。

2.實時調(diào)度算法根據(jù)任務(wù)的時限性可分為硬實時調(diào)度算法和軟實時調(diào)度算法。硬實時調(diào)度算法能夠保證任務(wù)在規(guī)定的時間內(nèi)完成，而軟實時調(diào)度算法只能盡量滿足任務(wù)的時間限制。

3.實時調(diào)度算法有多種類型，常用的實時調(diào)度算法包括：最早截止時間最先執(zhí)行算法(EDF)、比率單調(diào)調(diào)度算法(RMS)、最低松弛時間優(yōu)先算法(LLF)、最早絕對截止時間優(yōu)先算法(EDDF)等。

【實時調(diào)度算法的發(fā)展趨勢】：

#實時調(diào)度算法

實時調(diào)度算法是專為滿足實時系統(tǒng)要求而設(shè)計的調(diào)度算法，此類算法可以保證任務(wù)在指定的時間內(nèi)被執(zhí)行。實時調(diào)度算法通常基于優(yōu)先級調(diào)度，任務(wù)被賦予不同的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。實時調(diào)度算法可以分為兩類：靜態(tài)調(diào)度算法和動態(tài)調(diào)度算法。

1.靜態(tài)調(diào)度算法

靜態(tài)調(diào)度算法在系統(tǒng)啟動時就確定所有任務(wù)的執(zhí)行順序，并按照這個順序執(zhí)行任務(wù)。靜態(tài)調(diào)度算法的特點是簡單易于實現(xiàn)，但是靈活性較差，不能適應(yīng)系統(tǒng)環(huán)境的變化。

2.動態(tài)調(diào)度算法

動態(tài)調(diào)度算法在系統(tǒng)運行過程中根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級和系統(tǒng)狀態(tài)來確定任務(wù)的執(zhí)行順序。動態(tài)調(diào)度算法的特點是靈活性強(qiáng)，可以適應(yīng)系統(tǒng)環(huán)境的變化，但是實現(xiàn)復(fù)雜，開銷較大。

3.實時調(diào)度算法的常用策略

*最早截止日期優(yōu)先調(diào)度算法（EDF）：EDF算法根據(jù)任務(wù)的截止日期來確定任務(wù)的優(yōu)先級，截止日期越早的任務(wù)優(yōu)先級越高。EDF算法可以保證所有任務(wù)在截止日期之前完成，但是實現(xiàn)復(fù)雜，開銷較大。

*最近截止日期優(yōu)先調(diào)度算法（LSD）：LSD算法與EDF算法類似，但是LSD算法根據(jù)任務(wù)的剩余時間來確定任務(wù)的優(yōu)先級，剩余時間越短的任務(wù)優(yōu)先級越高。LSD算法比EDF算法簡單，開銷也較小，但是不能保證所有任務(wù)在截止日期之前完成。

*比率單調(diào)調(diào)度算法（RMS）：RMS算法根據(jù)任務(wù)的執(zhí)行時間和截止日期來確定任務(wù)的優(yōu)先級，執(zhí)行時間越短的任務(wù)優(yōu)先級越高。RMS算法可以保證所有任務(wù)在截止日期之前完成，但是實現(xiàn)復(fù)雜，開銷較大。

*時分復(fù)用調(diào)度算法（TDM）：TDM算法將系統(tǒng)時間劃分為若干個時間片，每個時間片分配給一個任務(wù)執(zhí)行。TDM算法簡單易于實現(xiàn)，但是靈活性較差，不能適應(yīng)系統(tǒng)環(huán)境的變化。

4.實時調(diào)度算法的應(yīng)用

實時調(diào)度算法廣泛應(yīng)用于各種實時系統(tǒng)，如航空航天系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等。實時調(diào)度算法對于實時系統(tǒng)的可靠性和性能至關(guān)重要。第八部分操作系統(tǒng)實現(xiàn)搶占式內(nèi)核調(diào)度的機(jī)制關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的基本原理

-搶占式內(nèi)核調(diào)度算法是一種在進(jìn)程運行過程中，允許新的進(jìn)程搶占當(dāng)前正在運行的進(jìn)程的CPU資源，從而提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

-搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的工作原理如下：當(dāng)一個進(jìn)程正在運行時，如果有一個新的進(jìn)程到達(dá)，并且該進(jìn)程的優(yōu)先級比正在運行的進(jìn)程的優(yōu)先級更高，則該進(jìn)程可以搶占正在運行的進(jìn)程的CPU資源，并開始運行。

-搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的優(yōu)點是，它可以提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但是它的缺點是，它可能會導(dǎo)致正在運行的進(jìn)程被中斷，從而導(dǎo)致進(jìn)程運行不穩(wěn)定。

搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的實現(xiàn)機(jī)制

-搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的實現(xiàn)機(jī)制包括：硬件支持、軟件支持和操作系統(tǒng)支持。

-硬件支持主要是指CPU支持搶占式內(nèi)核調(diào)度算法，即CPU具有搶占功能，當(dāng)一個進(jìn)程的優(yōu)先級比正在運行的進(jìn)程的優(yōu)先級更高時，CPU可以中斷正在運行的進(jìn)程，并開始運行新的進(jìn)程。

-軟件支持主要是指操作系統(tǒng)提供搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的實現(xiàn)，包括進(jìn)程調(diào)度程序、中斷處理程序和時鐘中斷處理程序等。

-操作系統(tǒng)支持主要是指操作系統(tǒng)提供搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的接口，供應(yīng)用程序使用，應(yīng)用程序可以通過這些接口來請求操作系統(tǒng)搶占正在運行的進(jìn)程，并開始運行新的進(jìn)程。

搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的優(yōu)缺點

-搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的優(yōu)點包括：提高系統(tǒng)資源的利用率、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度、提高系統(tǒng)的公平性等。

-搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的缺點包括：可能會導(dǎo)致正在運行的進(jìn)程被中斷、可能會導(dǎo)致進(jìn)程運行不穩(wěn)定、可能會導(dǎo)致系統(tǒng)開銷增加等。

搶占式內(nèi)核調(diào)度算法的應(yīng)用場景

-搶占式內(nèi)核調(diào)度算法適用于需要提高系統(tǒng)資源的利用率、需要提高系統(tǒng)的響應(yīng)