操作系统CPU调度

什么是CPU调度？

在多任务操作系统中，当有多个进程同时请求使用CPU时，操作系统需要决定将CPU分配给哪个进程，并为这个进程分配控制权。这个过程被称为“CPU调度”。

CPU调度是操作系统核心功能之一。操作系统需要保证所有进程都能够得到适当的CPU时间，并尽量减少进程之间的等待时间，以提高整个系统的处理效率。

CPU调度算法

实现CPU调度的方法被称为“CPU调度算法”。不同的操作系统可以采用不同的调度算法。以下列举了几种常见的调度算法：

先来先服务（FCFS）

最简单的CPU调度算法是先来先服务（FCFS），即按照进程的到达时间的先后顺序分配CPU时间。

FCFS的优点是实现简单。但如果某个进程需要较长时间的执行，其它进程就需要等待较长时间，从而降低了整个系统的处理效率。

最短作业优先（SJF）

最短作业优先（SJF）算法将CPU时间分配给具有最短执行时间的进程。这可以减少某些进程的等待时间，提高整个系统的处理效率。

SJF需要提前知道每个进程需要的执行时间，这对于实时应用场景不适用。此外，如果某些进程需要长时间的执行，就会导致其它进程等待过久。

优先级调度

优先级调度算法将CPU时间分配给具有最高优先级的进程。这可以用于实现对某些应用的特殊需求，例如对实时应用的要求。

但如果某些进程永远得不到调度，就会产生“饥饿”问题。

时间片轮转

时间片轮转（RR）算法将每个进程的执行时间分成多个时间片（通常为几十毫秒），并在每个时间片内分配给一个进程。如果某个进程在时间片结束时还在执行，则重新加入到调度队列的末尾，等待下一个时间片。

这可以保证每个进程都能够得到适当的CPU时间，并可以在同等条件下平均分配CPU时间。

多级反馈队列

多级反馈队列（MFQ）算法将所有进程分成多个队列，根据进程的优先级决定进程所属的队列。每个队列采用不同的调度算法，例如SJF或时间片轮转。

当一个进程需要等待时间过长时，它会被转移到较高优先级的队列中。反之，当一个进程短时间内完成了执行，它会被移到较低优先级的队列中。

这可以平衡整个系统中进程之间的执行时间，同时也可以保证紧急任务的及时处理。但MFQ的实现较为复杂。

总结

CPU调度是操作系统核心功能之一。不同的CPU调度算法适用于不同的场景。程序员需要根据应用的需求，选择合适的CPU调度算法来优化程序的执行效率。