进程调度算法

操作系统通过进程调度算法决定哪个就绪进程获得CPU使用权，以实现多任务高效执行。以下是核心算法详解：

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一、先来先服务（FCFS）

1. 是什么？
按进程到达就绪队列的顺序分配CPU，非抢占式（进程主动释放CPU前不中断）。
2. 解决什么问题
提供基础公平性，避免调度逻辑复杂化。
3. 应用场景
批处理系统（如后台报表生成）。
4. 重要注意事项

• 护航效应（Convoy Effect）：长进程阻塞短进程，导致平均等待时间过长。
• 示例：进程A（10ms）、B（1ms）依次到达，B需等待10ms才能执行。

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二、最短作业优先（SJF）

1. 是什么？
优先调度预估执行时间最短的进程，分抢占式（SRTF）和非抢占式。
2. 解决什么问题
最小化平均等待时间，提升系统吞吐量。
3. 应用场景
批处理任务（如科学计算）。
4. 重要注意事项

• 长进程饥饿：持续短进程到达时，长进程可能永远无法执行。
• 需预知进程执行时间（实际中依赖历史数据预测）。

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三、优先级调度（Priority Scheduling）

1. 是什么？
为进程分配优先级（数值越小优先级越高），调度高优先级进程。
2. 解决什么问题
处理紧急任务（如系统守护进程）。
3. 应用场景
实时系统（如航空控制系统）。
4. 重要注意事项

• 低优先级饥饿：通过老化（Aging） 动态提升等待进程优先级。
• Java线程优先级示例（不保证跨平台一致）：

  Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("High Priority"));
  thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); // 优先级=10
  thread.start();

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四、时间片轮转（RR, Round Robin）

1. 是什么？
为每个进程分配固定时间片（如20ms），时间片用完则重新排队。
2. 解决什么问题
平衡响应时间与公平性，避免进程垄断CPU。
3. 应用场景
交互式系统（如Web服务器）。
4. 重要注意事项

• 时间片大小：过长→退化为FCFS；过短→上下文切换开销大。
• 示例：4个进程（时间片=5ms）的调度：

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五、多级反馈队列（MFQ）

1. 是什么？
设置多优先级队列，新进程入最高优先级队列；未完成则降级至低优先级队列。
2. 解决什么问题
平衡短作业响应速度与长作业完成保证。
3. 应用场景
通用操作系统（如Linux/Windows）。
4. 重要注意事项

• 高优先级队列：时间片短（如10ms），适合交互式进程。
• 低优先级队列：时间片长（如50ms），适合后台计算。

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关键区别总结

算法	抢占性	优化目标	缺点
FCFS	否	公平性	护航效应
SJF	可选	平均等待时间最短	长进程饥饿
优先级调度	可选	紧急任务响应	低优先级饥饿
RR	是	响应时间均衡	时间片选择敏感
多级反馈队列	是	综合性能最优	实现复杂度高

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总结

1. FCFS/SJF：适合可预测任务的批处理系统。
2. RR：核心用于交互式系统（如用户界面）。
3. 优先级/MFQ：适用混合负载场景（如服务器+后台任务）。

🔔 Java注意：Thread.setPriority()仅建议JVM调度，实际依赖操作系统实现。开发中应通过Lock、CompletableFuture等API控制执行顺序，而非依赖调度算法。