排程演算法(待完善)
一 . 程序排程演算法
程序排程演算法也稱 CPU 排程演算法，畢竟程序是由 CPU 排程的。
當 CPU 空閒時，作業系統就選擇記憶體中的某個「就緒狀態」的程序，並給其分配 CPU。
什麼時候會發生 CPU 排程呢？通常有以下情況：
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當程序從執行狀態轉到等待狀態；
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當程序從執行狀態轉到就緒狀態；
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當程序從等待狀態轉到就緒狀態；
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當程序從執行狀態轉到終止狀態；
其中發生在 1 和 4 兩種情況下的排程稱為「非搶佔式排程」，2 和 3 兩種情況下發生的排程稱為「搶佔式排程」。
非搶佔式的意思就是，當程序正在執行時，它就會一直執行，直到該程序完成或發生某個事件而被阻塞時，才會把 CPU 讓給其他程序。
而搶佔式排程，顧名思義就是程序正在執行的時，可以被打斷，使其把 CPU 讓給其他程序。那搶佔的原則一般有三種，分別是時間片原則、優先權原則、短作業優先原則。
你可能會好奇為什麼第 3 種情況也會發生 CPU 排程呢？假設有一個程序是處於等待狀態的，但是它的優先順序比較高，如果該程序等待的事件發生了，它就會轉到就緒狀態，一旦它轉到就緒狀態，如果我們的排程演算法是以優先順序來進行排程的，那麼它就會立馬搶佔正在執行的程序，所以這個時候就會發生 CPU 排程。
那第 2 種狀態通常是時間片到的情況，因為時間片到了就會發生中斷，於是就會搶佔正在執行的程序，從而佔用 CPU。
排程演算法影響的是等待時間（程序在就緒佇列中等待排程的時間總和），而不能影響程序真在使用 CPU 的時間和 I/O 時間。
接下來，說說常見的排程演算法：
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先來先服務排程演算法
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最短作業優先排程演算法
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高響應比優先排程演算法
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時間片輪轉排程演算法
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最高優先順序排程演算法
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多級反饋佇列排程演算法
先來先服務排程演算法
最簡單的一個排程演算法，就是非搶佔式的先來先服務（*First Come First Severd, FCFS*）演算法了。
FCFS 排程演算法
顧名思義，先來後到，每次從就緒佇列選擇最先進入佇列的程序，然後一直執行，直到程序退出或被阻塞，才會繼續從佇列中選擇第一個程序接著執行。
這似乎很公平，但是當一個長作業先運行了，那麼後面的短作業等待的時間就會很長，不利於短作業。
FCFS 對長作業有利，適用於 CPU 繁忙型作業的系統，而不適用於 I/O 繁忙型作業的系統。
最短作業優先排程演算法
最短作業優先（*Shortest Job First, SJF*）排程演算法同樣也是顧名思義，它會優先選擇執行時間最短的程序來執行，這有助於提高系統的吞吐量。
SJF 排程演算法
這顯然對長作業不利，很容易造成一種極端現象。
比如，一個長作業在就緒佇列等待執行，而這個就緒佇列有非常多的短作業，那麼就會使得長作業不斷的往後推，週轉時間變長，致使長作業長期不會被執行。
高響應比優先排程演算法
前面的「先來先服務排程演算法」和「最短作業優先排程演算法」都沒有很好的權衡短作業和長作業。
那麼，高響應比優先 （*Highest Response Ratio Next, HRRN*）排程演算法主要是權衡了短作業和長作業。
每次進行程序排程時，先計算「響應比優先順序」，然後把「響應比優先順序」最高的程序投入執行，「響應比優先順序」的計算公式：
從上面的公式，可以發現：
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如果兩個程序的「等待時間」相同時，「要求的服務時間」越短，「響應比」就越高，這樣短作業的程序容易被選中執行；
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如果兩個程序「要求的服務時間」相同時，「等待時間」越長，「響應比」就越高，這就兼顧到了長作業程序，因為程序的響應比可以隨時間等待的增加而提高，當其等待時間足夠長時，其響應比便可以升到很高，從而獲得執行的機會；
時間片輪轉排程演算法
最古老、最簡單、最公平且使用最廣的演算法就是時間片輪轉（*Round Robin, RR*）排程演算法。
RR 排程演算法
每個程序被分配一個時間段，稱為時間片（*Quantum*），即允許該程序在該時間段中執行。
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如果時間片用完，程序還在執行，那麼將會把此程序從 CPU 釋放出來，並把 CPU 分配另外一個程序；
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如果該程序在時間片結束前阻塞或結束，則 CPU 立即進行切換；
另外，時間片的長度就是一個很關鍵的點：
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如果時間片設得太短會導致過多的程序上下文切換，降低了 CPU 效率；
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如果設得太長又可能引起對短作業程序的響應時間變長；
通常時間片設為 20ms~50ms 通常是一個比較合理的折中值。
最高優先順序排程演算法
前面的「時間片輪轉演算法」做了個假設，即讓所有的程序同等重要，也不偏袒誰，大家的執行時間都一樣。
但是，對於多使用者計算機系統就有不同的看法了，它們希望排程是有優先順序的，即希望排程程式能從就緒佇列中選擇最高優先順序的程序進行執行，這稱為最高優先順序（*Highest Priority First，HPF*）排程演算法。
程序的優先順序可以分為，靜態優先順序或動態優先順序：
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靜態優先順序：建立程序時候，就已經確定了優先順序了，然後整個執行時間優先順序都不會變化；
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動態優先順序：根據程序的動態變化調整優先順序，比如如果程序執行時間增加，則降低其優先順序，如果程序等待時間（就緒佇列的等待時間）增加，則升高其優先順序，也就是隨著時間的推移增加等待程序的優先順序。
該演算法也有兩種處理優先順序高的方法，非搶佔式和搶佔式：
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非搶佔式：當就緒佇列中出現優先順序高的程序，執行完當前程序，再選擇優先順序高的程序。
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搶佔式：當就緒佇列中出現優先順序高的程序，當前程序掛起，排程優先順序高的程序執行。
但是依然有缺點，可能會導致低優先順序的程序永遠不會執行。
多級反饋佇列排程演算法
多級反饋佇列（*Multilevel Feedback Queue*）排程演算法是「時間片輪轉演算法」和「最高優先順序演算法」的綜合和發展。
顧名思義：
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「多級」表示有多個佇列，每個佇列優先順序從高到低，同時優先順序越高時間片越短。
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「反饋」表示如果有新的程序加入優先順序高的佇列時，立刻停止當前正在執行的程序，轉而去執行優先順序高的佇列；
多級反饋佇列
來看看，它是如何工作的：
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設定了多個佇列，賦予每個佇列不同的優先順序，每個佇列優先順序從高到低，同時優先順序越高時間片越短；
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新的程序會被放入到第一級佇列的末尾，按先來先服務的原則排隊等待被排程，如果在第一級佇列規定的時間片沒執行完成，則將其轉入到第二級佇列的末尾，以此類推，直至完成；
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當較高優先順序的佇列為空，才排程較低優先順序的佇列中的程序執行。如果程序執行時，有新程序進入較高優先順序的佇列，則停止當前執行的程序並將其移入到原佇列末尾，接著讓較高優先順序的程序執行；
可以發現，對於短作業可能可以在第一級佇列很快被處理完。對於長作業，如果在第一級佇列處理不完，可以移入下次佇列等待被執行，雖然等待的時間變長了，但是執行時間也會更長了，所以該演算法很好的兼顧了長短作業，同時有較好的響應時間。
二.記憶體頁面置換演算法
後面兩章後補