操作系统有哪些进程调度算法？
先简单总结一下：
- 先来先服务算法（ First Come First Serve，FCFS）
- 短作业优先算法（Shortest Job First，SJF）
- 高响应比优先算法（Highest Response Ratio Next，HRRN）
- 时间片轮转算法（Round-Robin，RR）
- 优先级调度算法（Highest Priority First，HPF）
- 多级反馈队列调度算法（Multilevel Feedback Queue，MFQ）
进程的三种基本状态及转换
- 就绪（ready）：进程已经分配除CPU以外的所有必要资源，只要在获得CPU就可立刻执行；或者进程已经完成了等待事件，准备好占用CPU并执行
- 执行（running）：进程正在占用CPU并执行
- 阻塞/等待（block/wait）：进程正在等待某个事件（如IO操作完成、信号等）发生才能继续执行
先来先服务算法（ First Come First Serve，FCFS）
FCFS（First-Come-First-Serve ）算法是一种简单的非抢占式进程调度算法，它根据进程到达的时间顺序来决定哪个进程应该获得CPU的控制权。
当一个进程到达时，它会被放入到就绪队列中。当CPU空闲时，操作系统会从就绪队列中取出第一个到达的进程，并分配给它CPU的控制权。执行完毕后，进程会离开系统，或者回到就绪队列中等待下一次执行。
算法思想
主要从"公平"的角度考虑（类似于我们生活中排队买东西）
举例
食堂排队打饭，先到的人先打饭，依次按顺序打饭。学生到达食堂的时间相当于进程到达系统的时间，窗口排队等待相当于进程在就绪队列中等待执行，窗口的控制权相当于CPU的控制权。
优缺点
优点：公平，算法实现简单，适用于短作业
缺点：
- 等待时间不确定，可能导致一些长作业等待时间过长。
- 公平性较差，一些短作业可能会一直得到执行机会，而长作业需要等待更长时间。
- 对于一些需要优先处理紧急任务的场景，FCFS算法无法满足实时性要求。
短作业优先算法（Shortest Job First，SJF）
短作业优先（Shortest Job First，SJF ）算法是根据进程的估计执行时间来决定哪个进程应该获得CPU的控制权。
算法思想
优先执行估计执行时间最短的进程，以便尽早完成这些进程，并减少它们的等待时间。
举例
假设你是一个餐厅的厨师，现在你面前有一堆订单，有的订单需要做的菜比较简单，有的订单需要做的菜比较复杂。你只有一个厨师，因此你需要决定先做哪个订单，以便尽早完成订单并提高餐厅的效率。
如果采用短作业优先算法，你可能会优先选择需要做的菜比较简单的订单，因为这些订单需要的烹饪时间比较短，可以更快地完成并交给客人。然后你可以继续做下一个简单的订单，直到所有简单的订单都完成。最后，你可以集中精力去做复杂的订单，以便尽快完成所有订单。
优缺点
优点：减少平均等待时间，系统吞吐量高
缺点：不公平；对短作业有利，长作业不利；不保证实时性，无法处理紧急和高优先级的进程
高响应比优先算法（Highest Response Ratio Next，HRRN）
高响应比优先（Highest Response Ratio Next，HRRN ）是非抢占式的调度算法，它结合了短作业优先和优先级的思想。
核心思想是将进程的响应比作为优先级指标，响应比定义为等待时间与服务时间的比例。当一个进程到达时，HRRN算法会计算它的响应比，并根据响应比的高低来决定哪个进程应该获得CPU的控制权。
「响应比优先级」的计算公式：
从上面的公式，可以发现：
- 如果两个进程的「等待时间」相同时，「要求的服务时间」越短，「响应比」就越高，这样短作业的进程容易被选中运行；
- 如果两个进程「要求的服务时间」相同时，「等待时间」越长，「响应比」就越高，这就兼顾到了长作业进程，因为进程的响应比可以随时间等待的增加而提高，当其等待时间足够长时，其响应比便可以升到很高，从而获得运行的机会；
算法思想
要综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务时间
举例
假设你和你女朋友正在餐厅用餐，突然来了一个客人，点了一个很长的菜单，但是他的菜还没有上桌。此时，服务员应该先给哪个客人上菜呢？
如果按照短作业优先算法（SJF），服务员会先给点菜最短的客人上菜，也就是先给你上菜。但是，如果按照高响应比优先算法（HRRN），服务员会先给等待时间最长的客人上菜，也就是先给那个点了长菜单的客人上菜。
等待时间越长，响应比就越高，从而得到优先服务的可能性就越大。
优缺点
- 公平性强：HRRN调度算法能够保证每个就绪进程都有机会得到CPU资源，并且长期等待的进程能够得到更多资源，因此具有较好的公平性。
- 响应速度快：由于HRRN调度算法考虑了等待时间和服务时间的比值，因此能够更快地响应进程请求，减少进程等待时间。
- 避免饥饿现象：HRRN调度算法能够避免短作业优先算法中的饥饿现象，保证每个就绪进程都有机会得到CPU资源。
时间片轮转算法（Round-Robin，RR）
时间片轮转算法（Round-Robin，RR）是一种抢占式 进程调度算法，其基本思想是将CPU的时间片分配 给就绪队列中的进程，并按照固定的顺序循环分配。
常用于分时操作系统，更注重"响应时间"。
如果时间片太大，使得每个进程都可以在一个时间片内就完成,则时间片轮转调度算法退化为先来先服务调度算法,并且会增大进程响应时间。因此时间片不能太大。
算法思想
公平的，轮流的为各个进程服务，让每个进程在一定时间间隔内都可以得到相应。
举例
今天是七夕节，打饭阿姨们都回家过节了，食堂只有一个打饭阿姨上班，因为她老公钓鱼至今未归；
但是食堂开了5个打饭窗口，好心的打饭阿姨为了照顾到每个窗口的学生，就依次为1，2，3，4，5五个窗口（五个进程）轮流打饭，每个窗口打两份饭（两个时间片）就换到下一个窗口；
如果某窗口排队人数不足两人，打完饭就直接切到下一个窗口。
优缺点
优点：
- 公平：时间片轮转算法保证每个进程都有机会得到执行，因此具有公平性。
- 响应时间短：时间片轮转算法的响应时间相对较短，因为每个进程都会得到一定的执行时间片。
- 避免饥饿现象：时间片轮转算法可以避免饥饿现象，因为每个进程都会按照固定的顺序得到执行机会。
缺点：
- 不能区分进程的性质和优先级：时间片轮转算法没有考虑到进程的性质和优先级，因此对于某些紧急的或者重要的进程可能得不到及时的处理。
- 高频率的进程切换：由于时间片轮转算法需要不断切换进程，因此有一定的开销，会影响系统的效率。
- 对短进程不利：由于时间片轮转算法按照固定的时间片分配给每个进程，因此对于那些需要执行时间较短的进程可能会等待很长时间片，导致浪费CPU资源。
优先级调度算法（Highest Priority First，HPF）
在优先级调度算法中，每个进程被赋予一个优先级，操作系统根据优先级的高低来决定哪个进程应该获得CPU的控制权。优先级越高的进程将优先获得CPU的控制权。
进程的优先级可以分为，静态优先级或动态优先级：
- 静态优先级：创建进程时候，就已经确定了优先级了，然后整个运行时间优先级都不会变化；
- 动态优先级：根据进程的动态变化调整优先级，比如如果进程运行时间增加，则降低其优先级，如果进程等待时间（就绪队列的等待时间）增加，则升高其优先级，也就是随着时间的推移增加等待进程的优先级。
该算法也有两种处理优先级高的方法，非抢占式和抢占式：
- 非抢占式：当就绪队列中出现优先级高的进程，运行完当前进程，再选择优先级高的进程。
- 抢占式：当就绪队列中出现优先级高的进程，当前进程挂起，调度优先级高的进程运行。
算法思想
根据进程的优先级来决定哪个进程应该获得CPU的控制权。
举例
小美、小帅、小壮去食堂排队打饭，因为他们都暗恋小美，主动优先让小美先打饭。
排队的人很多，排了一会儿，小帅感觉饿的头昏脑胀的，可是在小美面前不能丢了面子，他还是决定让小美先打饭。（静态优先级）
小壮也饿的不行了，他可顾不着这些，说到："小美，你让我先打饭吧"，小美欣然答应了。（动态优先级）
过了几分钟，终于轮到小壮打饭了。
打饭阿姨张姨刚把米饭装盘子里，还没打菜呢，这时班主任也来打饭了，张姨一看是班主任，心想先把大壮的饭打完再说，这小子正长身体。（非抢占式）
轮到小帅打饭了，刚装好米饭，校长来打饭了，张姨一看是校长，马上扔下小帅的饭碗，擦了擦手，笑眯眯的去给校长打饭了。（抢占式）
优缺点
优点：
- 高吞吐量：优先级调度算法可以减少平均等待时间，提高系统的吞吐量。
- 适应性强：优先级调度算法可以根据进程的性质、类型、资源需求和用户需求等来设置不同的优先级，因此可以更好地适应不同的系统环境和进程行为。
缺点：
- 可能出现饥饿现象：如果优先级设置不合理，可能会导致一些进程长时间得不到执行，即"饥饿"问题。
多级反馈队列调度算法（Multilevel Feedback Queue，MFQ）
多级反馈队列调度算法是一种结合了优先级调度和时间片轮转的抢占式进程调度算法。该算法将进程按照优先级分配到不同的队列中，每个队列具有不同的执行时间片。
优先处理优先级高的进程，同时给予低优先级进程一定的执行机会，以实现更公平的资源分配和系统响应。
算法思想
对其他调度算法的折中平衡
举例
食堂开设了三个窗口（三个优先级队列），分别为A、B、C，优先级从高到低排列。
A窗口最多可以打1碗饭（1个时间片），B窗口最多可以打2碗饭（2个时间片），C窗口最多可以打4碗饭（4个时间片）。
今天小美、小帅和小壮一起去食堂打饭，小美只吃一碗饭，小帅吃3碗，小壮长身体吃8碗。
他们一起到A窗口打了1晚饭，小美因为只吃一碗，打好饭她就走了；可小帅和小壮不够啊，于是到B窗口继续排队。
在B窗口打好饭以后，小帅一共打了3晚饭，够他吃饱了，所以他也就走了，可是小壮吃不饱啊，于是他到C窗口继续排队。
小壮在C又打了4碗饭，目前一共打了7碗，还是不够他吃，于是继续在C窗口排队，直到他打够能吃饱的8碗饭。
优缺点
优点：
- 结合了优先级调度和时间片轮转的优点，既可以保证高优先级的进程得到及时处理，也可以保证低优先级的进程有一定的执行时间。
- 通过不同队列的时间片设置，可以平衡系统负载和响应时间。
- 可以根据不同的需求和系统环境进行灵活的配置和调整。
缺点：
- 实现相对复杂，需要维护多个队列和时间片信息。
- 对于优先级的设置和队列的分配需要有一定的经验和技巧。
- 对于某些具有特殊需求的进程可能无法满足其实时性要求。
End
我的第一次写作尝试可能存在许多不足之处，但我会努力不断学习和提高自己的写作技巧。
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参考资料：