操作系统论文-----多级反馈队列调度算法

在多道程序环境下，主存中有着多个进程，其数目往往多过于处理机数目。这就要求系统能按某种算法，动态的把处理机分配给就绪队列中的一个进程，使之执行。

在OS中的调度的实质是一种资源分配，因而调度算法是指：根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。对于不同的系统和系统目标，通常采用不同的调度算法，目前存在的多种调度算法中，有的算法适用于作业电镀，有的算法适用于进程调度；但也有些调度算法即可用于作业调度，也可用于进程调度。

多级反馈队列调度算法是一种CPU处理机调度算法，它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。

多级反馈队列调度算法的思想

设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级和不同长度的时间片；第一个队列的优先级最高，进程所执行时间片最小。

新创建的进程挂到第一优先级的队列后，然后按FCFS 原则排队等待调度。当轮到其执行时，如它能在时间片内完成，便撤离系统；如果不能完成，便被挂入第二级队列后，……；

仅当第一级队列空闲时，调度程序才调度第二级队列中的进程运行，依次类推……；新进程可抢占低级进程的处理机。

多级(假设为N级)反馈队列调度算法可以如下原理：

1、设有N个队列（Q1,Q2....QN），其中各个队列对于处理机的优先级是不一样的，也就是说位于各个队列中的作业(进程)的优先级也是不一

样的。一般来说，优先级Priority(Q1) > Priority(Q2) > ... >

Priority(QN)。怎么讲，位于Q1中的任何一个作业(进程)都要比Q2中的任何一个作业(进程)相对于CPU的优先级要高（也就是说，Q1中的作业一定要比Q2中的作业先被处理机调度），依次类推其它的队列。

2、对于某个特定的队列来说，里面是遵循时间片轮转法。也就是说，位于队列Q2中有N个作业，它们的运行时间是通过Q2这个队列所设定的时间片来确定的（为了便于理解，我们也可以认为特定队列中的作业的优先级是按照FCFS来调度的）。

3、各个队列的时间片是一样的吗？不一样，这就是该算法设计的精妙之处。各个队列的时间片是随着优先级的增加而减少的，也就是说，优先级越高的队列中它的时间片就越短。同时，为了便于那些超大作业的完成，最后一个队列QN(优先级最低的队列)的时间片一般很大(不需要考虑这个

问题)。

多级反馈队列调度算法描述：

1、进程在进入待调度的队列等待时，首先进入优先级最高的Q1等待。

2、首先调度优先级高的队列中的进程。若高优先级中队列中已没有调度的进程，则调度次优先级队列中的进程。例如：Q1,Q2,Q3三个队列，只有在Q1中没有进程等待时才去调度Q2，同理，只有Q1,Q2都为空时才会去调度Q3。

3、对于同一个队列中的各个进程，按照时间片轮转法调度。比如Q1

队列的时间片为N，那么Q1中的作业在经历了N个时间片后若还没有完成，则进入Q2队列等待，若Q2的时间片用完后作业还不能完成，一直进入下一级队列，直至完成。

4、在低优先级的队列中的进程在运行时，又有新到达的作业，那么在运行完这个时间片后，CPU马上分配给新到达的作业（抢占式）。

我们来看一下该算法是如何运作的：

假设系统中有3个反馈队列Q1,Q2,Q3，时间片分别为2，4，8。

现在有3个作业J1,J2,J3分别在时间 0 ，1，3时刻到达。而它们所需要的CPU时间分别是3，2，1个时间片。

1、时刻0 J1到达。于是进入到队列1 ，运行1个时间片，时间片还未到，此时J2到达。

2、时刻1 J2到达。由于时间片仍然由J1掌控，于是等待。 J1在运行了1个时间片后，已经完成了在Q1中的

2个时间片的限制，于是J1置于Q2等待被调度。现在处理机分配给

J2。

3、时刻2 J1进入Q2等待调度，J2获得CPU开始运行。

4、时刻3 J3到达，由于J2的时间片未到，故J3在Q1等待调度，J1也在Q2等待调度。

5、时刻4 J2处理完成，由于J3，J1都在等待调度，但是J3所在的队列比J1所在的队列的优先级要高，于是J3被调度，J1继续在Q2等待。

6、时刻5 J3经过1个时间片，完成。

7、时刻6 由于Q1已经空闲，于是开始调度Q2中的作业，则J1得到处理器开始运行。

8、时刻7 J1再经过一个时间片，完成了任务。于是整个调度过程结束。

从上面的例子看，在多级反馈队列中，后进的作业不一定慢完成。FCFS、SJF和优先级调度算法仅对某一类作业有利，相比之下，它能全面满足不同类型作业的需求，较好实现公平性与资源利用率之间的平衡。对交互型作业，由于通常较短，这些作业在第一队列规定的时间片内完成，可使用户感到满意；对短批作业，开始时在第一队列中执行一个时间片就可完成，便可与交互型作业一样获得快速晌应，否则通常也仅需在第二、第三队列中各执行一个时间片即可完成，其周转时间仍较短；对长批作业，它们依次在第一至第n个队列中轮番执行，不必担心长时间得不到处理。

多级队列调度算法的性能

终端型用户：由于终端型用户所提交的作业大多属于交互型作业，作业通常都比较小，系统只要能够使这些作业在第一队列所规定的时间片内完成，便可以使终端型用户感到满意。

短批处理作业用户：对于很短的批处理型作业，开始时象终端型作业一样，如果仅在第一队列中执行一个时间片即可完成，便可以获得与终端型作业一样的响应时间。对于稍长的作业，通常也只需要在第二队列和第三队列各执行一个时间片即可完成，周转时间还是比较短。

长批处理作业用户：对于长作业，他将依次在n个队列中运行，然后按照轮转的方法运行，用户不必担心其作业长期得不到处理。

多级反馈队列调度实现思想

允许进程在队列之间移动。

在系统中设置多个就绪队列，每个队列对应一个优先级，第一个队列的优先级最高，第二队列次之。以下各队列的优先级逐步低。

各就绪队列中的进程的运行时间片不同，高优先级队列的时间片小，低优先级队列的时间片大。

进程并非总是固定在某一队列中，新进程进入系统后，被存放在第一个队列的末尾。如果某个进程在规定的时间片内没有完成工作，则把它转入到下一个队列的末尾，直至进入最后一个队列。

系统先运行第一个队列中的进程。当第一队列为空时，才运行第二个队列中的进程。依此类推，仅当前面所有的队列都为空时，才运行最后一个队列中的进程。

当处理器正在第i个队列中为某个进程服务时，又有新进程进入优先级最高的队列（第1—（i-1）中的任何一个对列），则此新进程要抢