面试题：进程管理之调度算法比较：分析特定场景下算法选择

Question

假设有一个实时操作系统场景，系统中有多个任务，部分任务对响应时间非常敏感，部分任务则计算量较大。请分析在这种场景下，如何从常见的进程调度算法（如最短作业优先、高响应比优先、抢占式优先级调度等）中选择合适的调度算法，并说明理由。如果需要对选定算法进行一定改进以更好适应场景，你会从哪些方面入手？

Answer 1

调度算法选择及理由

1. 抢占式优先级调度算法：更适合该场景。
   • 对响应时间敏感任务的支持：对于对响应时间非常敏感的任务，可以为其分配较高的优先级。在抢占式优先级调度算法下，一旦高优先级的敏感任务就绪，就可以立即抢占当前正在运行的低优先级任务，从而保证敏感任务能够得到及时处理，满足其响应时间要求。
   • 对计算量大任务的处理：计算量较大的任务可以分配较低的优先级。虽然它们可能会被高优先级任务抢占，但在没有高优先级任务竞争时，仍然可以正常执行，完成其计算工作。
   • 对比其他算法：
     • 最短作业优先：该算法主要考虑作业的预计运行时间，不直接关注任务对响应时间的敏感度，可能导致对响应时间敏感但运行时间较长的任务得不到及时处理。
     • 高响应比优先：虽然综合考虑了等待时间和运行时间，但每次调度都需要重新计算响应比，计算开销较大，在实时操作系统场景下可能影响系统的实时性，并且同样不能像抢占式优先级调度那样及时响应高优先级敏感任务。

改进方向

1. 动态优先级调整：
   • 对于计算量较大的任务，如果它们长时间没有得到执行机会，可以适当提高其优先级，防止饥饿现象发生。例如，设置一个时间阈值，当计算量大的任务等待时间超过该阈值时，按一定规则提升其优先级。
   • 对于对响应时间敏感的任务，如果在一定时间内频繁被调度执行，可以适当降低其优先级，避免其过度占用资源，影响其他任务。
2. 优先级继承机制：当一个高优先级任务等待低优先级任务占用的资源时，低优先级任务的优先级临时提升到与高优先级任务相同，这样可以减少高优先级任务的等待时间，同时也能避免中间优先级任务干扰这种资源传递过程，进一步提高系统的实时性。
3. 引入时间片机制：对于优先级相同的任务，采用时间片轮转的方式进行调度，避免某一个优先级相同的任务一直占用 CPU，保证公平性。同时，时间片的大小可以根据任务的特性进行动态调整，例如对于计算量大的任务可以适当增大时间片，减少调度开销；对于响应时间敏感的任务，时间片可以适当减小，以保证其能及时被调度。