面试题：进程管理：常见进程调度算法对并发性能的具体影响

Question

请简述三种常见的进程调度算法（如先来先服务、短作业优先、时间片轮转），并详细说明它们在不同系统负载情况下对系统并发性能的影响，例如在高I/O密集型任务场景和高CPU密集型任务场景中的表现差异。

Answer 1

先来先服务（FCFS, First Come First Served）

• 算法描述：按照进程到达的先后顺序进行调度，先到达的进程先执行，直到完成或因等待某种资源而阻塞。
• 不同负载情况影响：
  • 高I/O密集型任务场景：若I/O任务按顺序到达，FCFS能正常调度。但如果有长I/O任务先到达，后续短I/O任务需等待，会导致整体响应时间变长，并发性能不佳，因为I/O设备可能会长时间空闲等待长任务完成。
  • 高CPU密集型任务场景：同样若长CPU任务先到达，短CPU任务需等待，会使短任务响应时间延迟，整体系统吞吐量会受影响，不利于并发处理多个任务。

短作业优先（SJF, Shortest Job First）

• 算法描述：从就绪队列中选择预计执行时间最短的进程优先执行。
• 不同负载情况影响：
  • 高I/O密集型任务场景：能优先调度短I/O任务，减少I/O设备空闲时间，提高I/O设备利用率，整体响应时间较短，并发性能较好。但如果不断有新的短I/O任务到来，可能导致长I/O任务饥饿。
  • 高CPU密集型任务场景：优先执行短CPU任务，可提高系统吞吐量，减少短任务等待时间。但对于长CPU任务可能长时间等待，且预估执行时间可能不准确，若预估错误可能达不到理想调度效果。

时间片轮转（RR, Round Robin）

• 算法描述：将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程轮流在一个时间片内执行，时间片用完后，进程被挂起并排入就绪队列末尾等待下次调度。
• 不同负载情况影响：
  • 高I/O密集型任务场景：能快速响应I/O任务，I/O任务在时间片内完成I/O请求后可让出CPU，使其他任务有机会执行，提高系统并发性能，有效利用I/O设备。
  • 高CPU密集型任务场景：由于每个任务只能执行一个时间片，会频繁进行上下文切换，增加系统开销。对于长CPU任务，可能需要多次调度才能完成，降低了CPU利用率，但能保证各个任务都有机会执行，公平性较好。