无处不调度

Posted 2021-09-09 Zhou2021

     现代的，平民的，组装的计算机，都能同时做很多事情。我的计算机可以一边播放着MP3，一边显示着文字和图片，一边维护着记事本，一边bt着。。。严格地说，在某一瞬间，一个CPU上只能运行一道程序。但在1秒内，她可以在若干个程序之间切换，使得迟钝的用户产生并行的错觉（多处理机才是真正的并行）。于是，当有多个进程都就绪时，CPU必须选择谁下一个运行。在操作系统中，调度程序使用调度算法来调度调度工作。。。
   
    很多前辈已经为很多系统创造了很多有趣的调度算法。一些有趣的算法如下：
   
    1) 先来先服务算法：进程按照她们请求CPU的顺序使用CPU。一个队列记录着就绪进程，每次运行在队首的进程，后来的进程加入队尾，正在运行的进程阻塞时也被移到队尾。算法原理简单，执行方便，在很多场景得到使用：如银行服务、上地铁公交、食堂吃饭、超市结账等。在一些复杂应用应用的不好：如年关买火车票，很多人提前N天去排队，以为在队首就能买到票，结果你我都知道了；年关的火车票属于稀缺资源，计算机的CPU更是稀缺资源，所以现代计算机一般不会采用这种算法的。
   
    2) 最短作业优先：一般在同等重要的作业运行的时间能被精确预测是使用。原理上，使用最短作业优先算法能使每个作业的平均等待时间最低。此算法的一个要点是能预知每个作业的运行时间（类似还有最短剩余时间优先算法），但实际上运行时间不可预知的实例更多。想想看，下班时间，你在超市买了一瓶水，排队结帐，你与收银台之间是N多满载的购物车。。。此时，最短作业优先在哪儿呢？现在超市也提供了自助通道，方便买少量东西的顾客。
   
    3) 轮转调度：理论上号称最古老、最简单、最公平且使用最广泛的算法。队列中每个进程都分配了一个时间片，若时间片结束前运行进程已阻塞或结束，CPU立即切换到队首进程；若时间片结束时运行进程还在运行，CPU强制切换到队首进程，原进程移到队尾，则等待下一轮的CPU切换。轮转算法的要点在于控制时间片的长度，CPU切换时间不是有效的进程运行时间。轮转算法还做了一个隐含的假设：所有的进程都是平等的。现实中，除了每人每天12个时辰，暂时没有发现其它。。。
   
    4) 优先级调度：每个进程被赋予一个优先级，允许优先级最高的可运行进程先运行。为防止高优先级进程无休止地运行下去，调度程序会采用一些方法（如高优先级进程每次运行后降低优先级），来保证低优先级的进程得以运行。这个算法较为现实，少数高优先级的进程控制着大量的CPU时间和其他资源，只有在高优先级进程偶尔降低优先级，或低优先级进程被偶尔调高优先级时，低优先级进程才能避免饥饿现象。
   
    5) 彩票调度：基本思想是向进程提供各种系统资源（如CPU时间）的彩票，一旦需要做出一项调度决策时，就随机抽出一张彩票，拥有该彩票的进程获得该资源。彩票调度的规则很清楚：拥有彩票的份额决定了得到资源的份额。现实中，你买彩票中了吗？我们只听说昔日一打工仔中了￥20M，但却始终不清楚买彩票的人数。类似的股票呢？大量散户连CPU是否存在不知道。
   
    6) 公平分享调度：当考虑进程的所有者时，为每个用户而不是每个进程分配CPU时间，以避免使用上面算法时，用户甲的数十个进程与用户乙的一个进程所分配CPU时间的巨大差异。这和现实中是公平优先，兼顾效率。
   
    7) 其他算法，鉴于简单的生活经验，没有太多的感触。呵呵，有兴趣请参考《现代操作系统》第2章。
   
    现代的，平凡的，拥有神经元的用户，都能同时做很多事。某一时刻，我一边听着MP3，一边浏览着文字和图片，一边啃着半个苹果......，这和一台计算机有点类似。
   
    现在的人，每天神经元CPU也运行这很多进程，大方向有工作、生活、学习、睡眠（也许应该对应进程休眠）。看起来，我们的调度算法具有以上所有算法的特征。但在这样的调度算法中，属于个人的神经元CPU是否被有效地利用？这是个问题。
   
    如今的濒临崩溃的分布式系统环境中，少数人拥有多数资源，各种资源正被污染，各种进程不断涌入。。。这也是个问题。
   
    作为低优先级进程，不可能等着高优先级进程主动降低优先级（毕竟这是可遇不可求，且仅是个别进程。UNIX系统中有一条命令nice，它允许用户为了照顾别人而自愿降低自己进程的优先级，但除了父母，其他人很少有人用过它）；我们应该发挥神经元的特性，不断改进自身进程属性，向更高优先级调整，争取在资源未枯竭之前，访问多一些原始资源。
   
    生命在于运动，进程在于运行。