公平共享 CPU 调度

概述

在操作系统中，CPU 调度是指从多个处于就绪状态（即准备好被执行）的进程中选择某一个进程，将 CPU 分配给它并运行它的过程。CPU 调度算法的目标是使得系统性能最优化，最大化 CPU 的利用率，同时保证公平，不让某些进程独占 CPU 而导致其他进程无法运行，造成系统崩溃等问题。

公平共享 CPU 调度是一种权衡公平与效率的 CPU 调度算法，旨在提高 CPU 的利用率，同时保证每个进程都能公平地获得运行的机会。

实现方法

时间片轮转调度算法

时间片轮转调度算法是一种较为常见的公平共享 CPU 调度算法。每个进程被分配相等的时间片，时间片用完后，操作系统强制将其挂起，然后将 CPU 分配给下一个处于就绪状态的进程。通过这种方法，每个进程都有公平的机会获得 CPU 时间，同时保证 CPU 资源被充分利用。

以下是时间片轮转调度算法的伪代码：

while (1) {
  for each process p {
    if (p is ready) {
      p.execute(time_slice);
      if (p is finished) {
        remove p from ready queue;
      }
    }
  }
}

公平共享调度算法

公平共享调度算法是一种比时间片轮转调度算法更公平的 CPU 调度算法。在这种算法中，每个进程都被赋予优先级，系统会根据优先级来为每个进程分配 CPU 时间。为了防止某些进程被长时间地轻视而无法运行，每个进程都设置一个权重，优先级与权重成正比。当一个进程运行时间较长时，它的权重会降低，优先级也随之降低。这种算法可以保证系统中每个进程都能获得相同的 CPU 时间，从而保证了公平性。

以下是公平共享调度算法的伪代码：

while (1) {
  for each process p {
    calc_process_priority(p);  // 计算进程优先级
  }
  pick the highest priority process and execute it;
}

结论

公平共享 CPU 调度算法是一种既保证效率，又能保证流程公平性的 CPU 调度算法。能够很好地解决在多个进程同时运行的情况下，某些进程独占 CPU 而导致其他进程无法运行，造成系统崩溃等问题。在实际的操作系统中，我们可以根据具体的应用场景选择合适的调度算法，从而实现最佳的 CPU 资源利用率和通过率。