面试题：进程管理之优先级调度策略的中等难度问题

Question

在一个多任务操作系统环境中，假设存在5个进程P1、P2、P3、P4、P5，它们的优先级分别为3、1、4、2、5（数字越大优先级越高），且同时到达。每个进程的运行时间分别为10、5、8、3、6个时间单位。请使用优先级调度策略，计算每个进程的完成时间、周转时间和带权周转时间，并分析该调度策略在此场景下相较于先来先服务调度策略的优势。

Answer 1

1. 优先级调度策略计算

   • 进程P5：
     • 完成时间：6（因为优先级最高，首先执行，运行时间为6个时间单位）
     • 周转时间：6（完成时间 - 到达时间，到达时间为0，所以周转时间 = 6 - 0 = 6）
     • 带权周转时间：1（周转时间 / 运行时间 = 6 / 6 = 1）
   • 进程P3：
     • 完成时间：6 + 8 = 14（P5执行完后执行P3，P3运行时间为8个时间单位）
     • 周转时间：14 - 0 = 14
     • 带权周转时间：14 / 8 = 1.75
   • 进程P1：
     • 完成时间：14 + 10 = 24
     • 周转时间：24 - 0 = 24
     • 带权周转时间：24 / 10 = 2.4
   • 进程P4：
     • 完成时间：24 + 3 = 27
     • 周转时间：27 - 0 = 27
     • 带权周转时间：27 / 3 = 9
   • 进程P2：
     • 完成时间：27 + 5 = 32
     • 周转时间：32 - 0 = 32
     • 带权周转时间：32 / 5 = 6.4

2. 先来先服务调度策略：

   • 按照到达顺序（这里同时到达，假设按P1、P2、P3、P4、P5顺序）执行。
   • 进程P1：
     • 完成时间：10
     • 周转时间：10
     • 带权周转时间：10 / 10 = 1
   • 进程P2：
     • 完成时间：10 + 5 = 15
     • 周转时间：15
     • 带权周转时间：15 / 5 = 3
   • 进程P3：
     • 完成时间：15 + 8 = 23
     • 周转时间：23
     • 带权周转时间：23 / 8 = 2.875
   • 进程P4：
     • 完成时间：23 + 3 = 26
     • 周转时间：26
     • 带权周转时间：26 / 3 ≈ 8.67
   • 进程P5：
     • 完成时间：26 + 6 = 32
     • 周转时间：32
     • 带权周转时间：32 / 6 ≈ 5.33

3. 优先级调度策略优势分析

   • 优势1：对高优先级任务响应快
     • 在优先级调度策略下，高优先级的进程P5和P3能优先执行，完成时间较早。如P5在6个时间单位就完成，P3在14个时间单位完成。而先来先服务调度策略下，高优先级进程（如P5和P3）需等待前面进程执行完，P5要等到26个时间单位才开始执行，P3要等到10个时间单位才开始执行。
   • 优势2：整体资源利用更合理（在一定程度上）
     • 优先级调度优先处理重要（优先级高）的任务，能使系统资源更快地投入到更有价值的进程中。比如对于一些实时性要求高的任务（可设高优先级），优先级调度能满足其及时性需求，而先来先服务调度可能导致高优先级实时任务等待时间过长，影响系统整体性能。