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为什么FCFS作业调度算法有利于CPU繁忙型作业而不利于I-O繁忙型作业

为什么 FCFS 有利于CPU繁忙任务,不利于 IO 繁忙任务

FCFS(First-Come, First-Served)(先来先服务)是一种非常简单的调度算法,其中进程按提交的顺序依次执行。每个进程的执行时间由它自己所需要的 CPU 时间来决定,并且每个进程执行完后才会开始下一个进程。FCFS 在某些情况下对 CPU 繁忙任务有利,但对 IO 繁忙任务不太友好,原因如下:

1. CPU 繁忙任务

  • CPU 繁忙任务是指那些大多数时间都在进行计算和处理的任务,它们需要大量的 CPU 时间,较少依赖于 IO 操作(如磁盘读写、网络通信等)。

  • 在 FCFS 调度下,CPU 繁忙任务执行时,操作系统会把 CPU 时间分配给它,直到任务执行完成。这种情况下,由于进程不进行 IO 操作,它不会频繁地阻塞等待 IO 完成,从而不会造成上下文切换的浪费。因此,CPU 繁忙任务可以在一个较长的时间段内连续使用 CPU,避免了调度的延迟。

    2. IO 繁忙任务

  • IO 繁忙任务则是那些大部分时间都在等待 IO 操作(如磁盘读取、网络数据传输等)完成的任务。它们在等待 IO 操作期间不需要占用 CPU,因此存在着大量的 CPU 空闲时间。

  • 在 FCFS 算法中,IO 繁忙任务通常会等待其他进程完成其 CPU 计算任务。由于 FCFS 只是按提交顺序来调度进程,不考虑进程的 IO 状况,这会导致以下问题:阻塞其他进程:当一个 IO 繁忙任务开始执行时,可能会很快进入等待 IO 操作的状态,而 CPU 继续被该任务占用,直到它完成。这会导致 CPU 长时间空闲,而其他正在等待的进程无法得到执行机会。低效的资源利用:由于进程按顺序执行,并且没有考虑进程的 IO 特性,CPU 在 IO 繁忙进程等待时浪费了很多时间。而如果调度算法能动态考虑进程的状态,调度一个正在需要 CPU 的任务,就能更好地利用 CPU 资源。

    3. 举例说明

假设有三个进程 A、B 和 C,其中:

  • A是 CPU 繁忙任务,执行时间为 10 秒。
  • B是 IO 繁忙任务,执行时间为 1 秒,之后会等待 IO 操作 5 秒,然后继续执行 1 秒。
  • C是 CPU 繁忙任务,执行时间为 8 秒。
    如果这些进程按 FCFS 排队:
  1. 进程 A先开始执行,执行 10 秒完成。
  2. 接下来,进程 B开始执行,执行 1 秒后进入 IO 等待状态(5 秒)。
  3. 然后是 进程 C,它会使用 CPU 完成它的计算。
    在此过程中,进程 B 在等待 IO 的 5 秒期间,CPU 是空闲的,但由于 FCFS,操作系统不会立即调度进程 C 来使用空闲的 CPU 时间,而是等到进程 B 完成等待后才继续执行。

4. 对比其他算法

相比之下,像 SJF(Shortest Job First)Round Robin(RR) 等调度算法会考虑到不同进程的特性:

  • SJF 优先执行 CPU 繁忙的任务,但即使对于 IO 繁忙任务,它也不会让其占用 CPU 过长时间。

  • Round Robin 会分配一个时间片,每个进程运行固定的时间,轮流使用 CPU 资源。这可以避免 IO 繁忙任务长期占用 CPU,从而提高 CPU 的利用率。

    总结

  • FCFS 对于 CPU 繁忙任务有利,因为这些任务能够充分利用 CPU,避免频繁的上下文切换。

  • FCFS 不利于 IO 繁忙任务,因为它不会在 IO 繁忙任务等待期间调度其他任务,从而导致 CPU 利用率低下,浪费了大量的空闲时间。