面试题：进程管理之常见进程调度算法比较

Question

请简要介绍时间片轮转调度算法、优先级调度算法和短作业优先调度算法的基本原理，并分析它们各自的优缺点及适用场景。

Answer 1

时间片轮转调度算法

1. 基本原理：将所有就绪进程按先来先服务的原则排成一个队列，每次调度时，把CPU分配给队首进程，并让其执行一个时间片。时间片结束时，该进程被剥夺CPU，重新排到就绪队列的末尾等待下次调度。
2. 优点：
   • 公平性，每个进程都能在一定时间内获得CPU时间，不会导致某个进程长期得不到执行。
   • 响应时间相对较短，能较好地满足交互式系统的需求，让用户感觉系统一直在运行。
3. 缺点：
   • 时间片大小难以确定，如果时间片过长，退化为先来先服务算法，短作业等待时间过长；如果时间片过短，进程上下文切换频繁，增加系统开销。
   • 对长作业不利，长作业可能需要多次时间片轮转才能完成，导致周转时间较长。
4. 适用场景：适用于交互式系统，如分时操作系统，保证每个用户的操作都能得到及时响应。

优先级调度算法

1. 基本原理：为每个进程分配一个优先级，调度时从就绪队列中选择优先级最高的进程分配CPU。优先级可以根据进程的类型（如系统进程优先级通常高于用户进程）、资源需求、任务紧急程度等因素确定。
2. 优点：
   • 可以优先处理重要或紧急的任务，提高系统的整体性能和响应速度。
   • 灵活性高，可根据不同的应用场景设置不同的优先级计算方法。
3. 缺点：
   • 如果低优先级进程一直得不到调度，可能会产生饥饿现象，即低优先级进程长时间得不到执行机会。
   • 优先级的合理设定较为困难，若设置不当，可能导致系统性能下降。
4. 适用场景：适用于实时系统，如航空交通管制系统、工业控制系统等，优先处理紧急任务；也适用于多用户系统中，根据用户的重要性或任务类型分配优先级。

短作业优先调度算法

1. 基本原理：从就绪队列中选择估计运行时间最短的进程分配CPU。若有新的短作业到达，且其运行时间比当前正在执行的作业剩余时间短，则可能剥夺当前作业的CPU，调度新的短作业执行。
2. 优点：
   • 平均周转时间和平均等待时间最短，能有效提高系统的吞吐量，因为短作业能快速完成，减少了系统中作业的平均等待时间。
3. 缺点：
   • 长作业可能会饥饿，因为只要不断有短作业到达，长作业可能长时间得不到执行机会。
   • 作业的运行时间往往难以准确估计，实际应用中可能导致调度结果不理想。
4. 适用场景：适用于作业运行时间可预估且作业之间差异较大的批处理系统，能充分利用系统资源，提高系统处理效率。