調度算法介紹
調度算法是指在計算機操作系統中，根據一定的策略和算法來決定進程或任務的執行順序和資源分配的過程。常見的調度算法包括：
-
先來先服務（FCFS）：按照進程到達的先后順序進行調度，先到達的進程先執行。
-
最短作業優先（SJF）：選擇執行時間最短的進程先執行，以減少平均等待時間。
-
優先級調度：為每個進程分配一個優先級，優先級高的進程先執行。
-
時間片輪轉（RR）：將CPU時間劃分為固定大小的時間片，每個進程按照時間片輪流執行，當時間片用完后，進程被暫停并放入隊列的末尾。
-
多級反饋隊列調度：將進程分為多個隊列，每個隊列有不同的優先級和時間片大小，進程根據優先級和時間片輪轉的方式進行調度。
-
最高響應比優先（HRRN）：根據進程的等待時間和執行時間的比值來選擇下一個執行的進程，以提高系統的響應速度。
以上是常見的調度算法，不同的算法適用于不同的場景和需求。在實際應用中，需要根據具體情況選擇合適的調度算法來提高系統的性能和效率。
先來先服務（FCFS）
先來先服務（First-Come, First-Served，簡稱FCFS）是一種常見的調度算法，用于處理任務或作業的順序執行。在FCFS算法中，任務按照到達的順序依次執行，無論任務的執行時間長短。
FCFS算法的特點是簡單直觀，易于實現。它適用于任務的執行時間相對較短且任務到達時間間隔較大的情況。然而，FCFS算法也存在一些問題，比如無法充分利用CPU資源、容易產生長作業等待時間等。
下面是FCFS算法的示意圖：
|---任務1---|---任務2---|---任務3---|---任務4---|
在這個示意圖中，任務按照到達的順序依次執行，任務1先執行，然后是任務2，以此類推。
FCFS算法是一種簡單且直觀的調度算法，適用于任務執行時間短且到達時間間隔大的情況。但它也存在一些問題，需要根據具體情況選擇合適的調度算法。
最短作業優先（SJF）
最短作業優先（Shortest Job First，簡稱SJF），用于在多道程序環境下決定下一個要執行的作業。它的原則是選擇剩余執行時間最短的作業來執行，以最大程度地減少平均等待時間。
SJF算法的優點是能夠最大程度地減少平均等待時間，因為它總是選擇剩余執行時間最短的作業來執行。這樣可以避免長作業占用CPU時間過長，導致其他短作業等待時間過長的情況。
然而，SJF算法也存在一些問題。首先，它需要準確地知道每個作業的執行時間，但在實際情況下，很難準確地估計作業的執行時間。其次，如果有一個長作業在隊列中等待執行，那么其他短作業可能需要等待很長時間才能執行，這可能導致短作業的響應時間較長。
最短作業優先算法是一種有效的調度算法，可以最大程度地減少平均等待時間。但在實際應用中，需要根據具體情況綜合考慮其他因素，如作業的優先級、作業的緊急程度等，選擇合適的調度算法。
優先級調度
優先級調度用于確定在多道程序環境中，哪個進程應該被首先執行。每個進程都被賦予一個優先級，優先級越高的進程將被優先執行。當多個進程具有相同的優先級時，可以使用其他調度算法來決定執行順序，如先來先服務（FCFS）或時間片輪轉。
在優先級調度算法中，每個進程都被分配一個優先級值，通常是一個整數。較小的優先級值表示較高的優先級。調度器會選擇具有最高優先級的進程來執行，直到該進程完成或被阻塞。如果有多個進程具有相同的最高優先級，可以使用其他算法來選擇其中一個進程。
優先級調度算法的優點是可以確保高優先級的進程盡快得到執行，從而提高系統的響應速度。然而，如果優先級設置不當，可能會導致低優先級的進程饑餓，即一直得不到執行的情況。
下面是一個使用優先級調度算法的偽代碼示例：
1. 初始化進程隊列
2. 循環執行以下步驟：
3. 從進程隊列中選擇具有最高優先級的進程P
4. 執行進程P
5. 如果進程P未完成，則將其放回進程隊列的適當位置
6. 如果所有進程都已完成，則退出循環
優先級調度算法在實際應用中有多種變體，如靜態優先級調度和動態優先級調度。靜態優先級調度是在進程創建時分配優先級，并在整個執行過程中保持不變。動態優先級調度則根據進程的行為和狀態動態調整優先級。
優先級調度是一種常用的調度算法，可以根據進程的優先級來確定執行順序，以提高系統的響應速度。
時間片輪轉（RR）
時間片輪轉（Round Robin，簡稱RR）主要用于多道程序系統中的進程調度。它的基本思想是將CPU的使用時間劃分為若干個時間片，每個進程在一個時間片內執行一段時間，然后切換到下一個進程。這樣，每個進程都能夠在一定時間內得到CPU的使用權，實現了公平調度。
時間片輪轉算法的特點：
-
公平性：每個進程都能夠在一定時間內得到CPU的使用權，避免了某個進程長時間占用CPU而導致其他進程無法執行的情況。 -
響應時間短：由于每個進程都有固定的時間片，所以每個進程的等待時間相對較短，能夠快速響應用戶的請求。 -
適用于交互式系統：時間片輪轉算法適用于交互式系統，因為用戶的請求通常需要快速響應，而時間片輪轉算法能夠保證較短的響應時間。
時間片輪轉算法的實現方式是通過一個就緒隊列來管理進程，每個進程按照到達時間的順序排列在隊列中。當一個進程的時間片用完后，它會被放到隊列的末尾，然后CPU會切換到隊列中的下一個進程執行。這個過程會一直循環進行，直到所有進程都執行完畢。
時間片輪轉算法的公式表示如下：
其中，總等待時間是指所有進程等待的時間之和，進程數是指參與調度的進程總數。
時間片輪轉算法是一種公平且高效的進程調度算法，適用于多道程序系統中的進程調度。它能夠保證每個進程都能夠在一定時間內得到CPU的使用權，實現了公平調度，并且能夠快速響應用戶的請求。
多級反饋隊列調度
多級反饋隊列調度（Multi-Level Feedback Queue Scheduling）是一種常用的進程調度算法。它將進程按照優先級劃分為多個隊列，并且每個隊列都有不同的時間片大小。進程首先進入最高優先級的隊列，如果在時間片結束之前完成了任務，則進程被移出隊列。如果進程在時間片結束之前沒有完成任務，則它會被移到下一個較低優先級的隊列中。這樣，進程可以在不同的優先級隊列之間進行多次反饋，直到完成任務或者達到最低優先級隊列。
多級反饋隊列調度算法的優點是能夠根據進程的行為動態地調整優先級，使得長時間運行的進程逐漸降低優先級，而短時間運行的進程逐漸提高優先級。這樣可以實現公平性和響應性的平衡。另外，多級反饋隊列調度算法也能夠有效地處理不同類型的進程，如CPU密集型和I/O密集型進程。
多級反饋隊列調度算法的公式如下：
其中，表示平均周轉時間，表示第i個進程的周轉時間。
多級反饋隊列調度算法是一種靈活且高效的調度算法，可以根據實際情況進行調整，以滿足不同的需求。它在實際應用中得到了廣泛的應用。
最高響應比優先（HRRN）
最高響應比優先（Highest Response Ratio Next，簡稱HRRN）用于多道程序系統中的進程調度。它根據進程的響應比來確定下一個要執行的進程。
響應比是指進程等待時間與服務時間的比值。HRRN算法選擇響應比最高的進程來執行，以提高系統的響應性能。
HRRN算法的計算公式如下：
響應比 = (等待時間 + 服務時間) / 服務時間
根據計算出的響應比，選擇響應比最高的進程進行執行。這樣可以保證長時間等待的進程能夠得到優先執行，提高系統的響應速度。
HRRN算法的優點是能夠兼顧進程的等待時間和服務時間，能夠有效地提高系統的響應性能。然而，HRRN算法也存在一些缺點，比如對于長時間運行的進程，可能會導致其他進程長時間等待，造成饑餓現象。
HRRN算法是一種根據進程的響應比來選擇下一個執行進程的調度算法，能夠提高系統的響應性能。
