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面试题:进程管理之进程调度算法原理:简述常见调度算法

请简述时间片轮转调度算法、优先级调度算法和先来先服务调度算法的基本原理,并分别说明它们在实际应用场景中的优缺点。
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操作系统进程管理

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时间片轮转调度算法

  • 基本原理:将CPU的处理时间划分成一个个固定长度的时间片,就绪队列中的进程轮流获取一个时间片来执行。当时间片用完后,无论进程是否执行完毕,都会被暂停并送回到就绪队列末尾,等待下一轮调度。
  • 优点
    • 公平性:每个进程都能在一定时间内获得CPU执行时间,不会出现某个进程长时间得不到执行的情况。
    • 响应快:能快速响应交互式任务,用户感觉系统响应及时。
  • 缺点
    • 上下文切换开销:频繁的进程切换会带来额外的CPU开销,降低系统效率。
    • 时间片大小难确定:时间片过大,会退化为先来先服务算法;时间片过小,上下文切换过于频繁。
  • 应用场景:适用于分时系统、交互式系统,如Windows操作系统的进程调度。

优先级调度算法

  • 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执行。优先级可以根据进程的类型、资源需求、任务紧急程度等因素确定。
  • 优点
    • 高效性:能优先处理重要或紧急的任务,提高系统整体性能。
    • 灵活性:可根据不同场景设置不同的优先级规则。
  • 缺点
    • 饥饿问题:低优先级进程可能长时间得不到执行机会。
    • 优先级确定困难:合理确定优先级较难,不准确的优先级设置可能导致不公平。
  • 应用场景:适用于实时系统,如航空交通管制系统、工业控制系统,优先处理关键任务。

先来先服务调度算法

  • 基本原理:按照进程进入就绪队列的先后顺序进行调度,先进入队列的进程先获得CPU资源并执行,直到进程完成或因等待资源而阻塞。
  • 优点
    • 算法简单:实现容易,无需复杂的计算和判断。
    • 公平性:按照到达顺序调度,对所有进程一视同仁。
  • 缺点
    • 平均等待时间长:长作业会使短作业等待时间过长,导致整体平均等待时间增加。
    • 不利于交互式任务:对于交互式任务响应慢,用户体验差。
  • 应用场景:批处理系统,因为批处理任务对响应时间要求不高,更注重系统吞吐量。