輪轉(zhuǎn)策略

輪轉(zhuǎn)策略（Round-Robin）簡稱為RR，在RR里面，每個準(zhǔn)備就緒的任務(wù)只能在有限的時間內(nèi)運(yùn)行，也就是說不管這個任務(wù)完成與否，都會切換任務(wù)到下一個。
由于它要頻繁的切換隊列，我們可以把準(zhǔn)備就緒的隊列視為FIFO隊列，假設(shè)任務(wù)A需要30ms，cpu的時間切片為10ms，那么它執(zhí)行到10ms時，cpu便會產(chǎn)生一個中斷信號，此時任務(wù)A來到隊尾，任務(wù)B接著上去。這樣做看似雨露均沾，它的平均等待時間確實比較長的。假設(shè)使用4ms的時間片，A、B、C的任務(wù)時間分別為10ms，15ms，20ms，那么它在采用RR策略下的平均等待時間為(6+11+16)/3=11ms
一般來說CPU的調(diào)度時間小于切片時間,如果我們最關(guān)心的指標(biāo)是操作系統(tǒng)的調(diào)度時間，那么使用RR顯然不是一個明智的選擇。

公平策略的得與失

RR策略是一種公平策略，使用任何一種公平策略的時候就要考慮到小任務(wù)不會被優(yōu)先處理，這在某一種程度上是令人難受的，但這也是現(xiàn)實世界的哲學(xué)，沒有什么算法是十全十美的，我們更多的是要結(jié)合使用場景來選擇對當(dāng)前場景最有利的算法。
優(yōu)化了周轉(zhuǎn)時間比如SJF，STCF優(yōu)化了中轉(zhuǎn)時間，但對響應(yīng)時間不利
優(yōu)化了響應(yīng)時間比如RR優(yōu)化了響應(yīng)時間，但由于頻繁切換任務(wù)浪費(fèi)的時間，對周轉(zhuǎn)時間不利。

多級反饋隊列

多級反饋隊列的出現(xiàn)主要是為了平衡周轉(zhuǎn)時間與響應(yīng)時間，這里涉及到一個MLFQ的概念，它是把所有待處理的任務(wù)都分成隊列，然后給每個隊列標(biāo)上不同的優(yōu)先級。
MLFQ(Multilevel Feedback Queue Scheduling)先處理優(yōu)先級最高的隊列，將優(yōu)先級較低的隊列放到后面處理，如果遇到兩個優(yōu)先級一樣的隊列就會采用輪詢的方式來處理

比例分額

并不是我們所有的算法目的都是為了在周轉(zhuǎn)時間與響應(yīng)時間之間找到一個平衡點，有時候只需要保準(zhǔn)CPU對每一個任務(wù)都有一波雨露均就可以了。用一個直接粗暴的方法，每隔一段時間隨機(jī)抽取一個任務(wù)處理，這個被稱作彩票處理方法，隨機(jī)方法具有輕量的特性，它無需比較數(shù)據(jù)庫中任務(wù)的大小，直接利用隨機(jī)數(shù)抽取。
這里會用到步長調(diào)度算法。步長調(diào)度也很簡單。系統(tǒng)中的每個工作都有自己的步長，這個值與票數(shù)值成反比。在上面的例子中，A、B、C這3個工作的票數(shù)分別是100、50和250，我們通過用一個大數(shù)分別除以他們的票數(shù)來獲得每個進(jìn)程的步長。比如用10000除以這些票數(shù)值，得到了3個進(jìn)程的步長分別為100、200和40。我們稱這個值為每個進(jìn)程的步長（stride）。每次進(jìn)程運(yùn)行后，我們會讓它的計數(shù)器 [稱為行程（pass）值] 增加它的步長，記錄它的總體進(jìn)展。

多核處理器調(diào)度

初學(xué)者編寫程序時，大多數(shù)情況下編寫的程序都是單核調(diào)度的，增加了CPU的個數(shù)并沒有對你這個程序運(yùn)行有任何作用，為了解決這個問題不得不重寫應(yīng)用程序，讓其采用多線程的方式執(zhí)行。
程序第一次讀取數(shù)據(jù)，花費(fèi)時間比較長，讀取之后你會把它放在緩存中，以防后續(xù)再有程序想要讀取它， 這個叫做時間局限性；空間局限性是指，程序讀取了這個地址的數(shù)據(jù)，它接下來很有可能讀取這個地址周圍地址的數(shù)據(jù)，這兩種局部性存在于絕大多數(shù)系統(tǒng)，這只是在一個處理器的情況下，當(dāng)有多個處理器的時候情況會變成怎樣？

緩存一致性

存在這樣一種情況，當(dāng)程序A想要修改在內(nèi)存上的一個數(shù)據(jù)，由于這個數(shù)據(jù)不在CPU的cache里面，我們便會首先訪問內(nèi)存并且修改數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)位置從d轉(zhuǎn)移到$D$假設(shè)這個時候，操作系統(tǒng)中斷了這個任務(wù)的操作，這時候第二個任務(wù)也要來修改這個數(shù)據(jù)，那么它肯定在d處是找不到這個數(shù)據(jù)的，但是它不知道d處已經(jīng)發(fā)生了變化，還會從d處讀取一個過時的數(shù)據(jù)。
解決這個問題的方法是監(jiān)控內(nèi)存的訪問，硬件可以保證獲得正確的數(shù)據(jù)，并保證共享內(nèi)存的唯一性。在基于總線的系統(tǒng)中，一種方式是使用總線窺探（bus snooping）[G83]。每個緩存都通過監(jiān)聽鏈接所有緩存和內(nèi)存的總線，來發(fā)現(xiàn)內(nèi)存訪問。如果CPU發(fā)現(xiàn)對它放在緩存中的數(shù)據(jù)的更新，會作廢（invalidate）本地副本（從緩存中移除），或更新（update）它（修改為新值）。

同步

在跨CPU訪問數(shù)據(jù)的時候，會涉及到互斥原語，這里說幾種CPU鎖的結(jié)構(gòu)

互斥鎖

不管是互斥鎖還是自旋鎖，加鎖的目的就是保證共享資源在任意時間里，只有一個線程訪問，這樣就可以避免多線程導(dǎo)致共享數(shù)據(jù)錯亂的問題。
互斥鎖，確保同一時間只有一個線程訪問數(shù)據(jù)。對共享資源的訪問，先對互斥量進(jìn)行加鎖，如果互斥量已經(jīng)上鎖，調(diào)用線程會阻塞，直到互斥量被解鎖。在完成了對共享資源的訪問后，要對互斥量進(jìn)行解鎖

自旋鎖

當(dāng)一個線程在獲取鎖的時候，如果鎖已經(jīng)被其它線程獲取，那么該線程將循環(huán)等待，然后不斷的判斷鎖是否能夠被成功獲取，直到獲取到鎖才會退出循環(huán)。 獲取鎖的線程一直處于活躍狀態(tài)，但是并沒有執(zhí)行任何有效的任務(wù)，使用這種鎖會造成 busy-waiting 。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的常见操作系统调度算法研究（2)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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