面试题：进程管理之线程并发执行调度策略基础

Question

简述常见的线程并发执行调度策略有哪些，并说明它们各自的特点和适用场景。

Answer 1

常见线程并发执行调度策略

1. 先来先服务（FCFS, First-Come, First-Served）
   • 特点：按照线程到达的先后顺序进行调度，先进入等待队列的线程先被执行。实现简单，不需要额外的计算资源来进行调度决策。但这种策略没有考虑线程的执行时间和优先级等因素，如果有一个长任务先到达，会导致后面的短任务等待很长时间。
   • 适用场景：适用于对响应时间要求不高，任务执行时间大致相同的场景，比如一些批处理系统。
2. 短作业优先（SJF, Shortest Job First）
   • 特点：优先调度预计执行时间最短的线程。这种策略可以使平均等待时间最小化，提高系统的整体效率。然而，它需要预先知道每个线程的执行时间，这在实际中往往很难做到，并且可能导致长任务饥饿，即长任务长时间得不到执行机会。
   • 适用场景：在能较为准确预估任务执行时间，且对系统整体效率要求较高的场景中适用，如某些实时系统中对已知时长的小任务调度。
3. 优先级调度
   • 特点：为每个线程分配一个优先级，调度程序优先选择优先级最高的线程执行。可以根据任务的重要性或紧急程度来设置优先级。但如果不采取额外措施，低优先级线程可能会出现饥饿现象。
   • 适用场景：适用于有明显任务优先级区分的场景，例如在操作系统中，系统任务通常会被赋予较高优先级，以保证系统的稳定运行；在一些实时控制系统中，紧急任务优先级高。
4. 时间片轮转（RR, Round Robin）
   • 特点：将CPU的处理时间划分成固定长度的时间片，每个线程轮流获得一个时间片来执行。当时间片用完后，无论线程是否执行完毕，都会被暂停并放到等待队列末尾，等待下一次调度。这种策略能保证每个线程都有机会执行，提供了相对公平的调度方式，避免了线程饥饿。但如果时间片设置过小，会导致线程上下文切换频繁，增加系统开销；时间片设置过大，则会退化为类似FCFS的策略，失去公平性。
   • 适用场景：适用于交互式系统，如桌面操作系统，能让每个用户进程都及时得到响应，保证用户体验。
5. 多级反馈队列调度
   • 特点：综合了多种调度策略的优点。系统中设置多个不同优先级的就绪队列，新线程首先进入最高优先级队列，按时间片轮转方式执行。如果在一个时间片内没有执行完，该线程会被移到下一级队列，优先级降低。队列级别越低，时间片越长。高优先级队列中的线程具有优先执行权，只有当高优先级队列中没有线程时，才会调度低优先级队列中的线程。这种策略既照顾了短任务的快速执行，又能保证长任务最终得到执行，同时对交互式任务有较好的响应。
   • 适用场景：广泛应用于现代操作系统中，能较好地适应不同类型任务的需求，平衡系统的各种性能指标，如吞吐量、响应时间等。