Linux中的进程调度与优先级策略

# 1. 简介

## 1.1 什么是进程调度与优先级策略

进程调度是操作系统中的一个核心功能，它决定了多个进程之间的执行顺序和使用CPU的时间分配。根据不同的优先级策略，操作系统可以选择不同的调度算法来决定进程的执行顺序。

优先级策略是一种标记系统中各个进程优先级的方法，通过为进程分配不同的优先级，可以更好地控制进程的执行顺序和资源分配。

## 1.2 Linux中的进程调度器

在Linux系统中，进程调度器是内核中负责实现调度算法的模块。Linux中常用的进程调度器有CFS（Completely Fair Scheduler）和O(1)调度器。

CFS调度器是Linux 2.6内核引入的一种基于红黑树的完全公平调度器。它根据进程的优先级和运行时间来动态计算进程的虚拟运行时间，并根据虚拟运行时间来分配CPU资源。

O(1)调度器是早期Linux内核中使用的一种调度器，它通过维护多个运行队列和进程数组来实现调度。O(1)调度器的主要特点是具有固定的时间复杂度，但在处理多CPU环境和负载不均衡的情况下性能较差。

## 1.3 进程优先级的概念和作用

进程优先级是操作系统对进程进行调度和资源分配时考虑的一个重要因素。优先级越高的进程，获得CPU资源的概率就越高。

进程优先级可以分为静态优先级和动态优先级。静态优先级是在进程创建时由用户或系统管理员指定的，一般不会发生变化。动态优先级则是根据进程的行为和运行状态动态调整的。

进程优先级的作用是在资源有限的情况下，合理分配CPU资源，优化系统性能，提高用户体验。

下面我们将介绍不同的进程调度策略。

# 2. 进程调度策略

进程调度策略是指操作系统在多个进程竞争CPU资源时，按照一定的规则来选择哪个进程获得CPU时间片执行的策略。不同的进程调度策略会对系统的性能、响应时间等产生不同的影响。下面将介绍常见的进程调度策略：

#### 2.1 先来先服务调度（FCFS）

先来先服务调度是最简单的调度策略之一，即按照进程到达的先后顺序依次执行。这种调度策略不考虑进程的执行时间，可能导致长作业等待时间过长（“饥饿”现象）。

# 伪代码示例
def FCFS_scheduling(processes):
    current_time = 0
    for process in processes:
        wait_time = current_time - process.arrival_time
        execute_process(process, wait_time)  # 执行进程
        current_time += process.burst_time

#### 2.2 最短作业优先调度（SJF）

最短作业优先调度策略是指优先执行执行时间最短的进程，以减少平均等待时间。但可能导致长作业永远得不到执行（“饥饿”现象）。

// 伪代码示例
void SJF_scheduling(Process[] processes) {
    Arrays.sort(processes, Comparator.comparing(Process::getBurstTime));  // 按照执行时间排序
    int currentTime = 0;
    for (Process process : processes) {
        int waitTime = currentTime - process.getArrivalTime();
        executeProcess(process, waitTime);  // 执行进程
        currentTime += process.getBurstTime();
    }
}

#### 2.3 时间片轮转调度（RR）

时间片轮转调度策略是将CPU时间分成若干个时间片，各个进程按照到达顺序轮流执行一个时间片。适用于响应时间要求较高的系统。

// 伪代码示例
func RR_scheduling(processes []Process, timeQuantum int) {
    queue := make([]Process, len(processes))
    copy(queue, processes)  // 复制进程列表
    currentTime := 0
    for len(queue) > 0 {
        process := queue[0]
        if process.burstTime > timeQuantum {
            executeProcess(process, timeQuantum)  // 执行进程
            currentTime += timeQuantum
            process.burstTime -= timeQuantum
            queue = append(queue, process)  // 将未执行完的进程放入队尾
        } else {
            executeProcess(process, process.burstTime)  // 执行进程
            currentTime += process.burstTime
        }
        queue = queue[1:]  /