计算机操作系统小论文-Linux进程调度

Linux进程调度

一、概述

自1991年Linux操作系统出现以来，Linux操作系统以令人惊异的速度迅速在服务器和桌面系统中获得了成功。它已经被业界认为是未来最有前途的操作系统之一，并且在嵌入式领域，由于Linux操作系统具有开放源代码、良好的可移植性、丰富的代码资源以及异常的健壮，使得它获得越来越多的关注。[1]本文分析了Linux操作系统中几种常用的调度算法。

二、高级、中级和低级调度

在操作系统中，存在很多种调度，如用户提交作业的调度、运行进程的调度、I/O 请求的调度、存储空间切换的调度等。在不同的操作系统中所采用的调度方式不完全相同，在执行调度时所采用的调度算法也可能不同。因此，可从不同的角度对调度进行分类。常用的一种分类方法是按调度的层次，把调度分为高级调度、中级调度和低级调度。

（1）高级调度

高级调度通常也称作业调度，用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，准备执行。系统接纳一个作业后，将它变为一个或者多个进程，为它们分配除了处理机之外的必要的系统资源后，将其排入就绪队列，准备执行。值得注意的是，在批处理系统中，作业进入系统后，是先驻留在外存上的，因此，需要有作业调度，以将它们分批装入内存；在分时系统中，为了能及时响应，用户通过键盘输入的命令或数据等，都是直接送入内存，因而无须配置作业调度；类似地，在实时系统中，通常也不需要作业调度。

（2）中级调度

中级调度大多针对于分时系统，是按一定的算法在内存和外存之间进行进程对换，目的在于缓和内存的紧张。为此，应使那些暂时不具备执行条件的进程不再占用宝贵的内存空间，将它们挂起并调至外存上等待，称此时进程的状态为挂起状态。当这些进程重新又具备执行条件，且内存已空闲时，再由中级调度决定，将外存上哪些已具备执行条件的进程解除挂起后重新调入内存，排在进程就绪队列上，等待进程调度。

由此可见，中级调度实质上是决定允许哪些进程有资格参与竞争处理机资

源。中级调度实施的方法是“挂起”和“解除挂起”进程，将进程的程序和数据在内存与外存间进行对换，以达到短期调整系统负荷的作用。所以中级调度也常称为进程对换。中级调度实际上就是存储器管理中的进程对换功能。

（3）低级调度

低级调度就是指进程调度，它决定就绪队列中的哪个进程可以获得处理机。被低级调度选中的进程将实际获得处理机，并可立即在处理机上执行它的程序。在以进程为单位的操作系统中，进程调度是最基本的调度，在 3 种基本类型的操作系统中，都必须配置低级调度。

三、进程调度的方式

进程调度通常有以下两种方式。

（1）非剥夺方式

非剥夺方式也称非抢占方式。采用这种调度方式时，一旦把处理机分配给某个进程后，便让该进程一直执行，直至该进程完成或发生某事件而被阻塞时，才把处理机分配给其他进程，决不允许其他进程强占已分配出去的处理机。

这种调度方式的优点是实现简单、系统开销小，适用于大多数的批处理系统环境。但它难以满足紧急任务的要求——立即执行，因而可能造成难以预料的后果。显然，在要求比较严格的实时系统中，不宜采用这种调度方式。

（2）剥夺方式

剥夺方式也称抢占方式，其含义是根据某种原则，强行剥夺现行进程正在使用的处理机，并把处理机分配给其他进程。剥夺原则如下所述。

①优先级原则。通常对一些重要和紧急的进程，赋予较高的优先级。优先级高的进程可以剥夺优先级低的进程而执行。

②短进程优先原则。当到达的进程比正在执行的进程明显短时，将剥夺长进程的执行而优先执行短进程。

③时间片原则。每个进程被分配给一个同样的时间片，时间片用完后重新进行处理机调度。

④强制性剥夺。极重要的进程或人工干预，强制引起处理机调度。

四、进程调度算法

在Linux操作系统中，有五种常用的进程调度算法：先来先服务（FCFS）调度算法、短进程优先（SPF）调度算法、高优先级优先（HPF）调度算法、

时间片轮转法（RR）以及多级反馈队列调度算法。

1. 先来先服务（FCFS）调度算法

在进程调度中，采用FCFS调度算法时，进程调度程序从就绪进程队列中，选择一个最先进入队列的进程，把CPU分配给它，让它进入执行状态。该进程一直执行，直到进程完成或因等待某事件发生阻塞时，才放弃CPU。

为了实现FCFS调度算法，系统只要按先进先出（FIFO）规则建立进程就绪队列即可，也就是进程控制块入队时加在队列末尾，调度出队时从队列首开始顺序扫描，将相关的PCB调度移出相应队列。

FCFS调度算法具有一定的公平性，并且实现也比较容易，这是它的优点。但是，它的缺点是实际上不公平，它比较有利于长进程，而不利于短进程。因为对于那些执行时间较短的进程来说，如果它们在某些执行时间很长的进程开始执行之后到达，则短进程将等待很长的时间。

在实际操作系统中，尽管很少单独使用FCFS算法，但FCFS算法可以和其他一些算法配合起来使用。

2. 短进程优先（SPF）调度算法

短进程优先（SPF）调度算法，是指对执行时间短的进程优先调度的算法。SPF是从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它，使它立即执行并一直执行到完成，或因等待某事件发生而放弃处理机时，再重新调度。

采用SPF算法，平均周转时间比FCFS调度算法有很多改善，这是它的优点。SPF 调度算法的缺点也很多：第一，对长进程非常不利。长进程的周转时间往往比较长，更严重的是存在着不确定的延迟现象。第二，紧迫进程不能及时处理。该算法完全未考虑进程的紧迫程度，调度程序仅按照进程运行时间从短到长按部就班地进行调度，因而不能保证紧迫性的进程得到及时处理。第三，执行时间的估计值不准确。由于进程的长短只是根据用户所估计的执行时间而定，所以有的用户为了先得到调度而有意缩短其进程的估计执行时间，致使该算法不一定能真正做到短进程优先调度。