进程调度算法之先来先服务（FCFS），短作业优先(SJF)以及高响应比优先(HRRN)

1.先来先服务（FCFS）

first come first service

1.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的例子)

2.算法规则

按照作业/进程到达的先后顺序进行服务。

3.用于作业/进程调度

用于作业调度时，考虑的是哪个作业先到达后备队列;用于进程调度时，考虑的是哪个进程先到达就绪队列。

4.是否可抢占

非抢占式的算法。

5.优缺点

• 优点:公平、算法实现简单
• 缺点:排在长作业(进程）后面的短作业需要等待很长时间，带权周转时间很大，对短作业来说用户体验不好。即，FCFS算法对长作业有利，对短作业不利

6.是否导致饥饿：

不会。
饥饿：某进程/作业长期得不到服务

7.例题:

各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间如下表所示。使用先来先服务调度算法，计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

先来先服务调度算法:
按照到达的先后顺序调度，事实上就是等待时间越久的越优先得到服务。
因此，调度顺序为:P1$⟶$P2$⟶$P3$⟶$ P4

注意:本例中的进程都是纯计算型的进程，一个进程到达后要么在等待,要么在运行。
如果是又有计算、又有I/O操作的进程,其等待时间就是周转时间$-$运行时间$-$I/O操作的时间

2.短作业优先（SJF）

shortest job first

1.算法思想

追求最少的平均等待时间，最少的平均周转时间、最少的平均平均带权周转时间。

2.算法规则

最短的作业/进程优先得到服务（所谓“最短”，是指要求服务时间最短)

3.用于作业/进程调度

即可用于作业调度，也可用于进程调度。
用于进程调度时称为“短进程优先(SPF, Shortest Process First）算法”

4.是否可抢占

SJF和SPF是非抢占式的算法。
但是也有抢占式的版本――最短剩余时间优先算法(SRTN, Shortest Remaining Time Next）

5.优缺点

• 优点:“最短的”平均等待时间、平均周转时间
• 缺点:不公平。对短作业有利，对长作业不利。可能产生饥饿现象。另外，作业/进程的运行时间是由用户提供的，并不一定真实，不一定能做到真正的短作业优先。

6.是否导致饥饿：

会。如果源源不断地有短作业/进程到来，可能使长作业/进程长时间得不到服务，产生“饥饿”现象。如果一直得不到服务，则称为“饿死”

7.例题

1.例题1：各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间如下表所示。使用非抢占式的短作业优先调度算法，计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

短作业/进程优先调度算法:
每次调度时选择当前已到达且运行时间最短的作业/进程。
因此，调度顺序为:P1$⟶$P3$⟶$P2$⟶$P4

2.例题2：各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间如下表所示。使用抢占式的短作业优先调度算法，计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

最短剩余时间优先算法:
每当有进程加入就绪队列改变时就需要调度，如果新到达的进程剩余时间比当前运行的进程剩余时间更短，则由新进程抢占处理机，当前运行进程重新回到就绪队列。
另外，当一个进程完成时也需要调度。

需要注意的是，当有新进程到达时就绪队列就会改变，就要按照上述规则进行检查。
以下Pn(m)表示当前Pn进程剩余时间为m。各个时刻的情况如下:

根据上图分析计算：

8.做题细节

1. 如果题目中未特别说明，所提到的“短作业/进程优先算法”默认是非抢占式的
2. 在所有进程同时可运行时，采用SJF调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少
3. 在所有进程都几乎同时到达时，采用SJF调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少
4. 抢占式的短作业/进程优先调度算法（最短剩余时间优先, SRNT算法）的平均等待时间、平均周转时间最少
5. 虽然严格来说，SJF的平均等待时间、平均周转时间并不一定最少，但相比于其他算法（如FCFS),SJF依然可以获得较少的平均等待时间、平均周转时间
6. 如果选择题中遇到“SJF算法的平均等待时间、平均周转时间最少”的选项，那最好判断其他选项是不是有很明显的错误，如果没有更合适的选项，那也应该选择该选项

3.高响应比优先（HRRN）

highest response ratio next

1.算法思想

要综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务的时间

2.算法规则

在每次调度时先计算各个作业/进程的响应比，选择响应比最高的作业/进程为其服务。
$$响应比=\frac{等待时间+要求服务时间}{要求服务时间}$$
响应比大于等于1。

3.用于作业/进程调度

即可用于作业调度，也可用于进程调度。

4.是否可抢占

非抢占式的算法。因此只有当前运行的作业/进程主动放弃处理机时，才需要调度，才需要计算响应比。

5.优缺点

• 综合考虑了等待时间和运行时间（要求服务时间)
• 等待时间相同时，要求服务时间短的优先( SJF的优点)
• 要求服务时间相同时，等待时间长的优先（FCFS的优点)
• 对于长作业来说，随着等待时间越来越久，其响应比也会越来越大，从而避免了长作业饥饿的问题

6.是否导致饥饿：

不会。

7.例题

各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间如下表所示。使用高响应比优先调度算法，计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

高响应比优先算法:
非抢占式的调度算法，只有当前运行的进程主动放弃CPU时（正常/异常完成，或主动阻塞)，才需要进行调度，调度时计算所有就绪进程的响应比，选响应比最高的进程上处理机。

注:
这几种算法主要关心对用户的公平性、平均周转时间、平均等待时间等评价系统整体性能的指标，但是不关心“响应时间”，也并不区分任务的紧急程度，因此对于用户来说，交互性很糟糕。
因此这三种算法一般适合用于早期的批处理系统，当然，FCFS算法也常结合其他的算法使用，在现在也扮演着很重要的角色。