操作系统中的调度算法分析

操作系统中的调度算法分析操作系统是计算机系统中最为重要的组成部分之一，它负责管理计算机系统的资源，包括硬件和软件资源，并且为其它应用程序提供支持和服务。在操作系统中，调度算法是其中非常重要的一部分，对于它的优化和改进有着非常重要的意义。

本文将按照类别对操作系统中的调度算法进行详细分析，包括批处理系统中的调度算法、交互式系统中的调度算法、实时系统中的调度算法，以及多处理器系统中的调度算法。

一、批处理系统中的调度算法

批处理系统是指能够自动地运行一批作业的操作系统，它是在没有任何人的干预下完成作业的自动化系统。在批处理系统中的调度算法，其主要目的是使各作业的吞吐率最大，并且减少响应时间和等待时间。

在批处理系统中的调度算法包括先来先服务（FCFS）算法、短进程优先（SJF）算法、最高响应比优先（HRRN）算法等。

1、先来先服务（FCFS）算法

先来先服务算法，也称为先到先服务算法，是最简单的一种调度算法。它的作用是按照进程的到达时间的先后顺序进行服务，先到达的进程先得到服务，后到达的进程则必须等待前面进程的

服务结束才能够被执行。优点是公平、简单，缺点是会导致长作业等待时间长，短作业等待时间短。

2、短进程优先（SJF）算法

短进程优先算法，是按照进程的执行时间长度来排序，执行时间越短的进程优先得到服务，它可以使得等待时间总和最小，从而提高系统的吞吐率。但是，如果遇到长作业，则会导致短作业等待时间过长。

3、最高响应比优先（HRRN）算法

最高响应比优先算法，则是综合考虑前两种算法的优点而得到的一种调度算法，它会计算出每个进程的响应比，并且选择响应比最高的进程进行执行。响应比的计算公式是：

响应比 = (等待时间 + 执行时间) / 执行时间

该算法可以最大限度地减少等待时间，并且适用于长作业与短作业的服务。

二、交互式系统中的调度算法

相比于批处理系统，交互式系统强调用户体验，需要快速响应用户的指令请求。因此，交互式系统中的调度算法，其主要目的是降低响应时间，尽可能快地处理用户的请求。

在交互式系统中的调度算法主要包括时间片轮转算法、最短剩

余时间优先（SRT）算法、多级反馈队列调度算法等。

1、时间片轮转算法

时间片轮转算法是一种很常见的调度算法，其将进程分成许多

时间片，每个时间片执行一个进程。当一个进程的时间片用完后，就让另一个进程运行。这样，每个进程都能够有机会运行，而且

在同样时间内只有短时间等待，从而达到快速响应用户指令请求

的目的。

2、最短剩余时间优先（SRT）算法

最短剩余时间优先算法，是对短进程优先算法的改进，它可以

保证等待时间最短，并且可以处理短时间进程和长时间进程。该

算法与短进程优先类似，只是在进程执行过程中不断计算剩余执

行时间，并且在每一次时间片结束时重新排序，优先选择剩余执

行时间最短的进程进行服务。

3、多级反馈队列调度算法

多级反馈队列调度算法是交互式系统中比较流行的算法之一。

它将进程根据进程执行时间分入不同的队列队列，每个队列执行

不同优先级的进程。如果某个进程没有在当前队列的时间片内执

行完毕，则将其降级到下一级队列，直到执行完成。这样，不会

因为长时间进程导致短进程等待过久，可以提高系统的响应能力。

三、实时系统中的调度算法

实时系统是指对时间要求敏感的系统，它需要在指定时间内完

成任务。实时系统中的调度算法，主要目的是保证每个任务在其

指定的时间内完成，并且可靠地提供应用程序实时响应能力。

在实时系统中的调度算法主要包括周期性调度算法、最早截止

期间优先（EDF）算法和最高优先级优先（HPF）算法。

1、周期性调度算法

周期性调度算法，也称为轮询调度算法，会根据任务的工作量

和时间需求进行轮询，保证每个任务都能够在规定的时间内完成。它适用于固定的任务，但是在变化的情况下就会出现问题。

2、最早截止期间优先（EDF）算法

最早截止期间优先算法，则是一种以任务紧迫程度为优先级标

准的调度算法，即优先处理截止期限最短的任务。这种算法能够

确保任务在规定的时间内完成，并且能够满足实时性的要求。但是，它对于系统的负载和时间要求比较高，会增加操作系统的吞

吐量。

3、最高优先级优先（HPF）算法

最高优先级优先算法，则是一种以优先级为标准的调度算法。

该算法适用于对实时性有很高要求的系统，可以确保一些优先级

比较高的任务能够在规定的时间内完成。但是，这种算法存在饥

饿问题，可能会导致一些任务被永远地推迟。

四、多处理器系统中的调度算法

在多处理器系统中的调度算法，主要目的同样是提高系统的性

能和效率，尤其需要考虑负载平衡和任务调度的优先级问题。

在多处理器系统中的调度算法，主要包括对称多处理器（SMP）系统调度算法、非对称多处理器（ASMP）系统调度算法和集群系统调度算法。

1、对称多处理器（SMP）系统调度算法

对称多处理器系统调度算法，主要是将任务平均地分配到各个

处理器中进行处理，从而提高系统的效率。它适用于相对平均的

负载，并且任务之间没有相互干扰的情况下。

2、非对称多处理器（ASMP）系统调度算法

非对称多处理器（ASMP）系统调度算法，主要是根据任务的

不同性质将其分配到不同的处理器上进行处理。不同的处理器可

以支持不同的操作系统，从而可以提高系统的效率。

3、集群系统调度算法

集群系统调度算法，是将一堆服务器组成一个集群，由一个主

机进行监控和控制。在该算法中，主要考虑负载平衡问题，即如