多程序动态资源分配算法

17/20多程序动态资源分配算法第一部分多程序动态资源分配算法概述 2第二部分先来先服务算法原理及特点 4第三部分短作业优先算法原理及特点 6第四部分时间片轮转算法原理及特点 8第五部分最高响应比优先算法原理及特点 10第六部分最短剩余时间优先算法原理及特点 12第七部分动态优先权算法原理及特点 15第八部分虚拟时间算法原理及特点 17

第一部分多程序动态资源分配算法概述关键词关键要点【多程序动态资源分配算法概述】：

1.多程序动态资源分配算法是一种在多程序环境下分配资源的方法，它可以提高计算机系统的吞吐量和利用率。

2.多程序动态资源分配算法的主要思想是将计算机系统的资源动态分配给各个程序，使各个程序能够同时运行，提高计算机系统的吞吐量和利用率。

3.多程序动态资源分配算法有多种不同的类型，如先来先服务算法、短作业优先算法、时间片轮转算法等。

【多程序动态资源分配算法的分类】：

多程序动态资源分配算法概述

#1.多程序系统概述

多程序系统是指能够同时运行多个程序的操作系统。它允许多个程序并发执行，以提高计算机资源的利用率。多程序系统中的程序可以同时运行，但它们彼此独立，互不干扰。

#2.多程序系统中的资源分配问题

资源分配是多程序系统中的一个重要问题。资源是指计算机系统中可用的物理资源，包括CPU、内存、外设设备等。资源分配算法是指确定如何将这些资源分配给各个程序的算法。

#3.多程序动态资源分配算法

多程序动态资源分配算法是一种在运行过程中动态地分配资源的算法。它可以根据程序的需要动态地调整资源分配，以提高计算机资源的利用率。常见的动态资源分配算法有：

*先来先服务算法（FCFS）：FCFS算法是一种简单而直接的资源分配算法。它根据程序到达的时间顺序为程序分配资源。先到达的程序将首先获得资源，后到达的程序将等待。

*短作业优先算法（SJF）：SJF算法是一种优先级调度算法。它根据程序的执行时间为程序分配资源。执行时间较短的程序将获得更高的优先级，并首先获得资源。

*时间片轮转算法（RR）：RR算法是一种时间片轮转调度算法。它将时间划分为等长的时间片，并为每个程序分配一个时间片。每个程序在自己的时间片内运行，当时间片用完后，该程序将被挂起，等待下一个时间片。

*优先级调度算法：优先级调度算法是根据程序的优先级为程序分配资源。优先级较高的程序将获得更多的资源，并首先获得资源。

#4.多程序动态资源分配算法的性能评估

多程序动态资源分配算法的性能评估是一项重要的工作。评估指标包括：

*平均等待时间：平均等待时间是指程序从到达系统到获得资源开始执行所花费的时间。

*平均周转时间：平均周转时间是指程序从到达系统到完成运行所花费的时间。

*资源利用率：资源利用率是指计算机资源（如CPU、内存等）被利用的程度。

#5.多程序动态资源分配算法的发展趋势

多程序动态资源分配算法的研究正在不断发展。目前，研究热点主要集中在以下几个方面：

*多核处理器上的资源分配算法：多核处理器是一种具有多个处理核心的处理器。在多核处理器上，资源分配算法需要考虑如何将任务分配给不同的处理核心，以提高并行度和性能。

*云计算中的资源分配算法：云计算是一种分布式计算模式，它允许用户按需使用计算资源。在云计算中，资源分配算法需要考虑如何动态地分配资源，以满足用户需求并提高资源利用率。

*物联网中的资源分配算法：物联网是一种连接物理设备和虚拟设备的网络。在物联网中，资源分配算法需要考虑如何为大量设备分配资源，以满足设备的需求并提高网络性能。第二部分先来先服务算法原理及特点关键词关键要点先来先服务算法（FCFS）原理

1.基本原理：采用先进先出（FIFO）的原则，即先到达的进程先获得CPU。

2.调度方式：根据进程到达的时间顺序来安排其执行，即谁先到达，谁就先运行。

3.等待时间：先到达的进程等待时间较少，而后到达的进程等待时间较多。

先来先服务算法（FCFS）特点

1.公平性：对于所有进程都一视同仁，不会特别优待某个进程。

2.简单性：算法实现简单，容易理解和实现。

3.缺点：对于长作业不利，因为长作业需要等待较长时间才能执行。先来先服务算法原理

先来先服务（FCFS）算法是一种最简单的动态资源分配算法，它按照进程到达就绪队列的先后顺序依次将进程投入执行。一旦一个进程开始执行，它会一直执行下去，直到完成或被另一个进程抢占。当一个进程完成或被抢占时，下一个就绪的进程将被调度执行。

先来先服务算法特点

*公平性：FCFS算法对所有进程都是公平的，因为它是按照进程到达就绪队列的先后顺序来调度进程的。

*简单性：FCFS算法是所有动态资源分配算法中最简单的，它很容易理解和实现。

*可预测性：FCFS算法的可预测性很强，因为可以很容易地确定一个进程何时会开始执行。

*低开销：FCFS算法的开销很低，因为不需要跟踪进程的优先级或其他属性。

先来先服务算法的缺点

*等待时间长：FCFS算法会导致进程的等待时间很长，因为一个进程可能不得不等待其他进程完成执行才能开始执行。

*周转时间长：FCFS算法会导致进程的周转时间很长，因为一个进程可能不得不等待其他进程完成执行才能完成执行。

*低效：FCFS算法可能导致资源利用率很低，因为一个进程可能在执行时独占资源，而其他进程不得不等待。

先来先服务算法的改进算法

为了克服FCFS算法的缺点，人们提出了多种改进算法，包括：

*短作业优先（SJF）算法：SJF算法将进程按照其执行时间从小到大排序，然后按照这个顺序调度进程执行。SJF算法可以减少进程的平均等待时间和周转时间，但它需要知道每个进程的执行时间，这在实践中往往很难获得。

*时间片轮转（RR）算法：RR算法将就绪队列中的进程分成多个时间片，然后按照这些时间片轮流调度进程执行。每个进程在执行完一个时间片后，会被移到就绪队列的末尾，这样就可以确保每个进程都能在一定时间内得到执行。RR算法可以减少进程的平均等待时间和周转时间，但它可能会导致进程的执行时间增加。

*优先级调度算法：优先级调度算法将进程按照其优先级排序，然后按照这个顺序调度进程执行。优先级高的进程会优先执行，而优先级低的进程会被延迟执行。优先级调度算法可以确保重要进程能够及时执行，但它可能会导致低优先级进程的等待时间和周转时间很长。第三部分短作业优先算法原理及特点关键词关键要点短作业优先算法原理

1.先进先出（FIFO）原则：短作业优先算法遵循先进先出的原则，即先进入队列的作业先被调度执行。

2.作业长度估计：在使用短作业优先算法时，需要估计每个作业的长度。通常，可以使用历史数据或经验值来进行估计。

3.调度开销：短作业优先算法的调度开销相对较低，因为只需要维护一个作业队列。

短作业优先算法特点

1.平均等待时间短：由于算法总是优先选择执行较短的作业，因此整体平均等待时间较短。

2.平均周转时间不一定最短：虽然短作业优先算法可以减少平均等待时间，但并不一定能保证平均周转时间最短。

3.适合交互式系统：短作业优先算法非常适合交互式系统，因为此类系统中的作业通常都比较短，需要快速响应。短作业优先算法原理

短作业优先（ShortestJobFirst，SJF）算法是一种非抢占式动态资源分配算法，其基本思想是优先调度运行时间短的作业。

SJF算法的工作原理如下：

1.当一个新作业到达就绪队列时，将其插入队列的头部。

2.当CPU空闲时，从就绪队列中选择运行时间最短的作业。

3.选定的作业开始运行，直到它完成或被另一个作业抢占。

4.如果一个作业在运行过程中被另一个作业抢占，则被抢占的作业被移至就绪队列的尾部。

5.当一个作业运行完成时，它从就绪队列中删除，并释放其占用的资源。

短作业优先算法的特点

SJF算法具有以下特点：

1.平均等待时间短。由于SJF算法优先调度运行时间短的作业，因此作业在就绪队列中等待的时间会更短。

2.平均周转时间短。作业的周转时间是指作业从提交到完成所经历的时间。由于SJF算法可以减少作业的平均等待时间，因此作业的平均周转时间也会更短。

3.不适合处理长作业。SJF算法优先调度运行时间短的作业，因此对于运行时间长的作业来说，它们在就绪队列中等待的时间会更长。

4.不适合处理交互式作业。交互式作业是一种需要用户频繁交互的作业，例如编辑器和游戏。由于SJF算法不考虑作业的优先级，因此交互式作业可能会被长时间阻塞。

短作业优先算法的应用

SJF算法常用于以下场景：

1.批处理系统。在批处理系统中，作业通常是独立的，并且没有交互性。因此，SJF算法可以很好地适用于批处理系统。

2.时间共享系统。在时间共享系统中，多个用户可以同时使用计算机。由于SJF算法可以减少作业的平均等待时间，因此可以提高时间共享系统的吞吐量。

3.实时系统。在实时系统中，作业的时限性很强。因此，SJF算法可以很好地适用于实时系统。第四部分时间片轮转算法原理及特点关键词关键要点【时间片轮转算法原理】:

1.基本原理：作业轮流执行，每一个作业可以先执行一定的指令数（也称时间片），然后自动切换到下一个作业，依次轮转。

2.时间片大小选择：合理设定时间片的长度对于算法的性能影响较大，时间片太短，作业切换开销增大，造成CPU利用率下降；时间片太长，作业无法很好地响应。

3.作业调度相关：作业在轮转队列中等待执行，当队列中作业全部执行结束后从头开始轮转，直到全部作业调度完成。

【时间片轮转算法特点】

:

时间片轮转算法原理及特点

#原理

时间片轮转算法（Time-sliceRound-RobinSchedulingAlgorithm），又称时间片循环算法，是一种非抢占式调度算法，其基本原理是将处理机的运行时间划分成若干个相同长度的時間片。在每个时间片内，所有处于就绪状态的进程循环执行，每个进程只能占用一个时间片。当一个进程在一个时间片内未能完成其运算时，该进程被挂起，其尚未完成的部分继续写入内存，并转移到就绪队列的末尾，等待下一个时间片再继续执行。当一个时间片用完，或一个进程完成其运算时，系统调度程序将转给就绪队列中的下一个进程继续执行。此种分配原则一直保持下去，直到所有进程全部完成为止。

#特点

-公平性：时间片轮转算法是一种公平的调度算法，它保证了每个进程在一段时间内都能获得相同的处理器时间。

-简单性：时间片轮转算法的实现非常简单，易于理解和实现。

-低开销：时间片轮转算法的开销很低，因为不需要频繁地进行进程切换。

-低等待时间：时间片轮转算法可以保证每个进程的等待时间都相对较短，因为每个进程在一段时间内都能获得相同的处理器时间。

-低周转时间：时间片轮转算法可以保证每个进程的周转时间都相对较短，因为每个进程在一段时间内都能获得相同的处理器时间。

-低响应时间：时间片轮转算法可以保证每个进程的响应时间都相对较短，因为每个进程在一段时间内都能获得相同的处理器时间。

-低吞吐量：时间片轮转算法的吞吐量相对较低，因为每个进程在一段时间内只能占用一个时间片。

-低利用率：时间片轮转算法的处理器利用率相对较低，因为每个进程在一段时间内只能占用一个时间片。

#适用场合

时间片轮转算法适用于以下场合：

-进程数目较多，且每个进程的运行时间都相对较短。

-对进程的响应时间要求较高。

-对进程的公平性要求较高。第五部分最高响应比优先算法原理及特点关键词关键要点【最高响应比优先算法原理及特点】：

1.算法原理：最高响应比优先算法（HRRN）是一种非抢占式调度算法，将进程的等待时间与运行时间之比作为优先级，计算每个进程的响应比，优先级最高的进程先执行，如果有多个进程的响应比相同，则先执行到达时间最早的进程。

2.特点：

-算法简单易实现，计算量小，开销小；

-既考虑了进程的等待时间，也考虑了进程的运行时间，保证了短作业和长作业都能得到比较合理的执行机会；

-能兼顾进程的公平性与效率，保证了系统吞吐量的同时，也保证了进程的平均周转时间相对较短。

【调度效率与公平性】：

最高响应比优先算法原理

最高响应比优先算法（HighestResponseRatioNext,HRRN）是一种非抢占式、动态优先级调度算法。它基于作业的等待时间和运行时间来计算作业的响应比，并根据响应比的大小来决定下一个要执行的作业。

对于一个作业$J_i$，其响应比$R_i$计算如下：

$$R_i=(W_i+S_i)/S_i$$

其中，$W_i$是作业$J_i$的等待时间，$S_i$是作业$J_i$的运行时间。

最高响应比优先算法的特点：

1.非抢占式：作业一旦开始执行，就不会被抢占，直到执行完成。

2.动态优先级：作业的优先级是动态变化的，根据作业的等待时间和运行时间来计算。

3.优先级老化：为了防止作业无限期地等待，最高响应比优先算法引入了优先级老化机制。当一个作业的等待时间超过某个阈值时，它的优先级将被降低。

4.公平性：最高响应比优先算法是一种比较公平的调度算法，它可以保证每个作业都有机会得到执行。

5.平均等待时间：最高响应比优先算法的平均等待时间相对较短，因为它总是优先执行那些等待时间最长的作业。

6.平均周转时间：最高响应比优先算法的平均周转时间也相对较短，因为它可以减少作业在系统中等待的时间。

最高响应比优先算法的应用

最高响应比优先算法广泛应用于各种操作系统和实时系统中，例如：

1.Linux内核的调度程序使用最高响应比优先算法来调度进程。

2.Windows操作系统的调度程序也使用最高响应比优先算法来调度进程。

3.实时系统中，最高响应比优先算法通常被用作调度算法，以确保关键任务能够及时得到执行。

最高响应比优先算法的优缺点

最高响应比优先算法具有以下优点：

1.公平性：它可以保证每个作业都有机会得到执行。

2.平均等待时间短：它可以减少作业在系统中等待的时间。

3.平均周转时间短：它可以减少作业在系统中完成所需的时间。

最高响应比优先算法也存在以下缺点：

1.开销大：它需要维护每个作业的等待时间和运行时间，这会增加系统的开销。

2.难以实现：它需要实现一个动态优先级队列，这可能会比较复杂。

3.不适合实时系统：它可能无法满足实时系统的严格时限要求。

总结

最高响应比优先算法是一种常用的非抢占式、动态优先级调度算法。它具有公平性、平均等待时间短和平均周转时间短等优点，但它也存在开销大、难以实现和不适合实时系统等缺点。第六部分最短剩余时间优先算法原理及特点关键词关键要点【最短剩余时间优先算法原理及特点】：

1.最短剩余时间优先算法（ShortestRemainingTimeFirst，SRTF）是一种动态资源分配算法，它根据进程剩余运行时间最短的原则来调度进程。

2.SRTF算法的目标是尽量减少平均等待时间和平均周转时间。

3.SRTF算法的实现需要知道每个进程的剩余运行时间，这需要对进程进行监控和测量。

【SRTF算法的优势】：

#最短剩余时间优先算法原理及特点

原理

最短剩余时间优先算法（ShortestRemainingTimeFirst，SRTF）是一种非抢占式调度算法。它根据进程剩余执行时间长度来进行调度，使具有最短剩余时间长度的进程优先执行。SRTF算法的基本思想是：将所有就绪进程按照剩余执行时间从小到大排序，并选择剩余时间最短的进程执行。如果在进程执行过程中，有新的进程到达或已有进程结束，则重新对就绪进程进行排序，并选择剩余时间最短的进程执行。

特点

SRTF算法具有以下特点：

*平均等待时间短：SRTF算法可以使平均等待时间最短，这是因为SRTF算法总是优先执行剩余时间最短的进程，这样可以减少进程的平均等待时间。

*平均周转时间短：SRTF算法也可以使平均周转时间最短，这是因为SRTF算法优先执行剩余时间最短的进程，这样可以减少进程的平均周转时间。

*不具有抢占性：SRTF算法不具有抢占性，这意味着一旦一个进程开始执行，它就不会被其他进程抢占，直到它完成执行。

*实现复杂：SRTF算法的实现比较复杂，这是因为SRTF算法需要不断地对就绪进程进行排序，这可能会导致较高的开销。

适用场景

SRTF算法适用于以下场景：

*对平均等待时间和平均周转时间要求较高的场景：如果对平均等待时间和平均周转时间要求较高，那么可以使用SRTF算法。

*进程执行时间比较短的场景：如果进程执行时间比较短，那么SRTF算法可以很好地减少进程的平均等待时间和平均周转时间。

*不适合抢占式调度的场景：如果进程不适合抢占式调度，那么可以使用SRTF算法。

举例说明

为了更好地理解SRTF算法的原理，我们举一个示例。假设有四个进程，它们的到达时间和执行时间分别如下：

|进程|到达时间|执行时间|

||||

|P1|0|6|

|P2|1|8|

|P3|4|7|

|P4|5|3|

使用SRTF算法对这些进程进行调度，可以得到以下结果：

|时间|执行进程|

|||

|0-1|P1|

|1-6|P2|

|6-7|P4|

|7-13|P3|

在这个调度结果中，P1的平均等待时间为0，P2的平均等待时间为1，P3的平均等待时间为7，P4的平均等待时间为5。平均等待时间为3.25。

总结

SRTF算法是一种非抢占式调度算法，它根据进程剩余执行时间长度来进行调度，使具有最短剩余时间长度的进程优先执行。SRTF算法具有平均等待时间短、平均周转时间短、不具有抢占性、实现复杂等特点。SRTF算法适用于对平均等待时间和平均周转时间要求较高的场景、进程执行时间比较短的场景、不适合抢占式调度的场景。第七部分动态优先权算法原理及特点关键词关键要点动态优先权算法基本原理

1.动态优先权算法是一种基于作业历史执行时间和当前资源利用情况的优先权算法。

2.该算法通过动态调整作业的优先权来实现资源的最佳分配，从而提高系统效率。

3.动态优先权算法的基本原理是，系统根据作业的历史执行时间和当前资源利用情况，计算出每个作业的优先权，然后根据优先权的高低进行资源分配。

动态优先权算法的特点

1.动态性：动态优先权算法能够根据作业的执行情况和系统资源利用情况进行动态调整，从而提高资源分配的效率。

2.公平性：动态优先权算法能够保证所有作业都有机会获得资源，从而提高系统的公平性。

3.高效性：动态优先权算法能够提高系统资源的利用率，从而提高系统的效率。动态优先权算法原理

动态优先权算法（DPA）是一种多程序动态资源分配算法，它根据程序的运行情况动态地调整程序的优先级，以提高系统的吞吐量和响应时间。DPA算法的基本原理是，当一个程序长时间占用CPU时间片时，其优先级就会降低；当一个程序长时间等待CPU时间片时，其优先级就会提高。这样，DPA算法可以确保所有程序都能公平地获得CPU时间片，从而提高系统的整体性能。

DPA算法的具体实现方法有多种，其中最常见的是指数加权移动平均法（EWMA）。EWMA算法使用一个指数加权移动平均值来计算程序的优先级。该平均值由以下公式计算：

```

P(t)=α*P(t-1)+(1-α)*R(t)

```

其中：

*P(t)是程序在时间t的优先级

*P(t-1)是程序在时间t-1的优先级

*R(t)是程序在时间t的响应时间

*α是一个平滑因子，取值在0和1之间

α值的大小决定了EWMA算法对程序响应时间的敏感程度。α值越大，EWMA算法对程序响应时间的敏感程度越低，程序的优先级变化也就越缓慢。α值越小，EWMA算法对程序响应时间的敏感程度越高，程序的优先级变化也就越快。

动态优先权算法特点

DPA算法具有以下特点：

*公平性：DPA算法可以确保所有程序都能公平地获得CPU时间片，从而提高系统的整体性能。

*动态性：DPA算法可以根据程序的运行情况动态地调整程序的优先级，从而提高系统的吞吐量和响应时间。

*自适应性：DPA算法可以根据系统的负载情况自动调整α值，从而适应不同系统环境。

*简单性：DPA算法的实现方法简单，容易理解和实现。

DPA算法是一种有效的多程序动态资源分配算法，它可以提高系统的吞吐量和响应时间，并确保所有程序都能公平地获得CPU时间片。DPA算法被广泛应用于各种操作系统中，如Windows、Linux和Unix等。第八部分虚拟时间算法原理及特点关键词关键要点虚拟时间原理

1.虚拟时间的概念：每个进程都有一个虚拟时间（VT），它是由当前时间和进程运行时间之和组成，并根据优先级进行调整。

2.进程调度：调度程序根据进程的虚拟时间进行调度，优先级高的进程具有较小的虚拟时间，因此会被优先调度执行。

3.抢占：当一个优先级更高的进程进入就绪队列时，它可以抢占正在运行的优先级较低的进程，并立即开始执行。

虚拟时间算法的特点

1.公平性：虚拟时间算法保证了公平性，每个进程的执行时间与它的优先级成正比，优先级高的进程将获得更多的执行时间。

2.响应性：虚拟时间算法具有较好的响应性，当一个优先级更高的进程进入就绪队列时，它可以立即抢占正在运行的进程并开始执行。

3.可预测性：虚拟时间算法具有