操作系统调度算法——针对实习面试

操作系统调度算法

调度算法基础——磁盘管理

磁盘管理是指对计算机中的磁盘进行有效地管理和使用的过程。磁盘管理包括以下方面：

磁盘分区：将硬盘划分成一个或多个逻辑分区，每个分区可以在操作系统中被单独处理。分区可以根据需求进行大小调整，以满足不同的存储需求。

磁盘格式化：对分区进行格式化，以建立文件系统，并为存储数据做好准备。格式化可以选择不同的文件系统类型，如FAT32、NTFS等。

磁盘分配和文件管理：在文件系统中进行文件和文件夹的创建、编辑、删除等操作。磁盘分配涉及到如何有效地存储和管理文件，以及如何分配空间以满足不同文件的需求。

磁盘故障检测和修复：监测磁盘运行状态，及时发现磁盘故障，并采取相应的措施进行修复或替换。磁盘故障可能包括物理故障（如磁头损坏）和逻辑故障（如文件系统损坏）。

磁盘性能优化：通过调整磁盘缓存、磁盘读写策略等参数，来提升磁盘的读写速度和性能。这可以包括使用高速缓存技术、磁盘碎片整理等方式。

知识点

存取时间=寻道时间+等待时间

读取磁盘数据的时间应包括以下三个部分：

1. 找磁道的时间
2. 找块（扇区）的时间，即旋转延迟时间
3. 传输时间

常见调度算法及其详解

1. 先来先服务（FCFS）

详解：

• 原理：按照作业到达的先后顺序进行调度，先到达的作业先服务。
• 优点：
  • 公平性：每个作业都按照到达顺序被处理，不存在优先级歧视。
  • 简单性：实现起来非常简单，不需要复杂的逻辑。
• 缺点：
  • 效率问题：如果一个长作业先到达，那么所有后来的短作业都必须等待，导致平均等待时间和平均周转时间增加。
  • 不适用于时间共享系统：在分时系统中，用户可能会因为等待时间过长而感到不满。

2. 最短时间优先（SJF）

详解：

• 原理：选择预计运行时间最短的作业进行调度。
• 优点：
  • 最小化平均等待时间：通过优先处理短作业，可以减少作业的平均等待时间。
  • 最小化平均周转时间：同样因为优先处理短作业，可以减少作业的平均周转时间。
• 缺点：
  • 长作业饥饿问题：长作业可能会被无限期推迟，导致饥饿。
  • 需要预知作业运行时间：调度器需要知道每个作业的预计运行时间，这在实际中可能难以实现。

3. 时间片轮转（RR）

详解：

• 原理：将所有就绪状态的作业按照到达顺序排成队列，并为每个作业分配一个时间片，轮流执行。
• 优点：
  • 响应时间快：每个作业都能在很短的时间内得到处理。
  • 公平性：所有作业都能获得CPU时间，适用于分时系统。
• 缺点：
  • CPU时间片选择困难：时间片的选择对系统性能有很大影响，需要根据实际情况调整。
  • 上下文切换开销：频繁的上下文切换会增加系统开销。

4. 优先级调度

详解：

• 原理：每个作业被赋予一个优先级，系统根据优先级高低来调度作业。
• 优点：
  • 灵活性：可以根据作业的重要性和紧急性动态调整优先级。
  • 适用于实时系统：在需要快速响应的实时系统中非常适用。
• 缺点：
  • 饥饿问题：低优先级的作业可能会被无限期推迟。
  • 优先级滥用：如果优先级设置不当，可能会导致某些作业永远得不到处理。

5. 多级反馈队列（MFQ）

详解：

• 原理：将就绪队列分为多个优先级不同的队列，每个队列有不同的时间片和优先级。作业根据其在系统中的行为动态地在这些队列之间移动。
• 优点：
  • 兼顾公平性和响应性：短作业和长作业都能得到合理的处理。
  • 动态调整：作业可以根据其行为动态调整优先级，避免了饥饿问题。
• 缺点：
  • 实现复杂：需要复杂的逻辑来管理多个队列和作业的移动。
  • 参数选择困难：队列的数量、时间片大小等参数需要精心选择，以避免系统性能下降。

常见调度算法适用场景

以下是五种常见调度算法的适用场景及其实例：

1. 先来先服务（FCFS）

适用场景：

• 批处理系统：在不需要频繁交互的批处理系统中，作业按照到达顺序执行。
• 简单任务队列：在一些简单的任务队列中，如打印队列，按照文件提交的顺序进行打印。

实例：

• 银行排队系统：客户按照到达银行的顺序进行服务，先到先服务。

2. 最短时间优先（SJF）

适用场景：

• 作业调度：在需要减少作业平均完成时间的系统中，如作业调度系统。
• 编译器优化：在编译器中，短的编译任务可以优先执行，以减少整体编译时间。

实例：

• 作业调度系统：在大学计算机中心，学生提交的作业按照预计运行时间排序，短作业先执行。

3. 时间片轮转（RR）

适用场景：

• 分时系统：在需要多个用户共享计算机资源的分时系统中，如Unix和Linux的终端。
• 实时系统：在需要周期性响应的实时系统中，如工业控制系统。

实例：

• 操作系统的终端：多个用户同时登录到一个系统，系统通过时间片轮转确保每个用户都能得到及时响应。

4. 优先级调度

适用场景：

• 实时系统：在需要快速响应的实时系统中，如航空交通管制系统。
• 任务关键型系统：在某些任务的完成对系统至关重要的系统中，如医院的紧急手术调度。

实例：

• 紧急任务处理：在医院中，紧急手术会根据病情的严重程度被赋予不同的优先级，严重病情的患者会被优先处理。

5. 多级反馈队列（MFQ）

适用场景：

• 通用操作系统：在需要平衡长作业和短作业处理的通用操作系统中，如Windows和Linux。
• 网络服务器：在需要处理不同优先级网络请求的服务器中。

实例：

• Web服务器：Web服务器可能会根据请求的类型（如静态文件请求、数据库查询）动态调整请求的处理优先级。

这些调度算法的适用场景和实例展示了它们在不同环境下如何被用来优化资源分配和提高系统性能。选择合适的调度算法可以显著影响系统的效率和用户体验。

原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_73527957/article/details/144033050

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