时间片轮转调度中的时间片分配问题

Question

如果在轮询调度程序中设置了非常大的时间片（比如说过大），那么操作系统会受到什么样的性能影响呢？

我的想法是，需要大量时间的进程会受益，但大多数进程只使用很少的时间，因此这会导致完成所有较小进程的延迟？

例如：50个时间片和进程P1 = 400，P2 = 10，P3 = 150，P4 = 20，P5 = 10，P6 = 10。

这是我最好的猜测，我想知道是否有任何东西可以分享关于时间片太小或太大的情况。

- Kairan

Answer 1

轮流调度算法的问题在于任务并不相等。

对于CPU绑定的任务，如果你有一个非常重要的任务和成千上万个不重要的任务，那么所有这些不重要的任务都会瘫痪重要任务的性能。对于这种情况，时间片有多大并不重要。

对于IO绑定的任务，轮流调度会导致严重的延迟。如果一个重要的任务解除阻塞（例如在调用“sleep()”后唤醒，接收它正在等待的文件IO等），则可能需要等待成千上万个不重要的任务完成它们的时间片，然后重要任务才有机会做任何事情。缩短时间片长度将减少重要任务开始执行有用工作之前所需的时间，但也会减少重要任务可以执行有用工作的时间。

注意：您可能会尝试通过使解除阻塞的任务排在列表的最前面来“修复”此问题。在这种情况下，由于不重要的任务一直睡眠和唤醒，重要任务可能会被饿死。

基本上，轮流调度是一堆“无用”的东西，在你使用完全不同的调度算法之前，无论你做什么都没有意义，而这种算法至少应该尊重不同任务的重要性/优先级。

举个过于简单的例子；您可以有3个不同的任务优先级，其中操作系统只运行它能够运行的最高优先级任务（包括确保较高优先级任务立即抢占较低优先级任务），而轮流调度用于相同优先级的任务。在这种情况下，您可以为不同的优先级设置不同的时间片长度（例如，高优先级任务只有1毫秒，中等优先级任务有10毫秒，低优先级任务有125毫秒）。

对于一个“不那么过度简化”的例子；您可以有几个完全不同的调度策略（例如，一个用于实时任务，一个用于正常任务，一个用于后台/空闲任务），它们都使用不同的方法（例如，最早截止时间优先，可变时间片等），其中每个调度策略有256个任务优先级。

- Brendan

Answer 2

从时间片的角度来看，有两种极端情况会降低性能。如果时间片过大：会导致小进程等待很长时间，而如果时间片更小，它们本可以更早地完成。此外，这对于需要较小但频繁的CPU时间的交互式进程也不利。如果时间片太小：会导致频繁的上下文切换，从而造成重大开销。历史上，操作系统开发人员一直在努力在这两个极端之间取得平衡，并且有各种基于优先级的算法与轮转法相结合以获得更好的性能。

- Vishal Sahu