进程调度算法是操作系统用来决定哪些进程在何时执行的策略，目的是为了合理分配系统资源，提高系统的响应速度和资源利用率。不同的调度算法有不同的优缺点，适用于不同的应用场景。常见的进程调度算法可以分为以下几类：

1. 先来先服务（FCFS，First-Come, First-Served）

定义：
FCFS 是最简单的调度算法，按进程到达的顺序依次执行，先到达的进程先执行。

特点：

• 非抢占式：一旦一个进程开始执行，直到执行完毕才会切换到下一个进程。
• 易于实现，简单直观。
• 不适合实时系统和需要高响应性的场景。

缺点：

• 不公平性：长时间运行的进程可能会导致后续进程的等待时间过长（Convoy Effect）。
• 平均等待时间长：特别是当短作业排在长作业后面时，可能导致整个系统的平均等待时间增加。

适用场景：

• 对于大多数进程的执行时间大致相同的情况，FCFS 可以有效利用系统资源。

---

2. 最短作业优先（SJF，Shortest Job First）

定义：
SJF 调度算法优先选择执行估计运行时间最短的进程。它可以是非抢占式的（即已开始执行的进程不会被打断）或抢占式的（即当前进程如果有更短的作业进入，则会被抢占）。

特点：

• 抢占式：最短作业会被优先调度，即使当前进程正在运行。
• 非抢占式：只要一个进程开始执行，直到执行完毕。

优点：

• 可以有效减少平均等待时间。

缺点：

• 难以实现：需要知道进程的执行时间，但在大多数情况下，操作系统无法准确预测。
• 可能导致饥饿：长作业可能一直得不到调度，导致饿死现象。

适用场景：

• 如果能准确估计每个进程的执行时间，SJF 可以提供最优的性能。

---

3. 优先级调度（Priority Scheduling）

定义：
根据每个进程的优先级进行调度，优先级高的进程先执行。优先级调度可以是抢占式的，也可以是非抢占式的。

特点：

• 抢占式：如果新的进程优先级更高，则会抢占当前进程。
• 非抢占式：一旦进程开始执行，就会一直执行直到完成。

优点：

• 可根据进程的重要性进行调度，能够实现优先级任务的优先执行。

缺点：

• 饥饿问题：低优先级的进程可能永远得不到执行。
• 优先级反转：低优先级的进程可能因为占用资源而阻碍高优先级进程的执行。

适用场景：

• 用于需要区分不同任务重要性的场景，如实时操作系统。

---

4. 轮转调度（RR，Round Robin）

定义：
RR 调度算法是一种时间片轮转调度算法，所有进程按顺序轮流执行，每个进程分配一个时间片（Time Quantum）。如果进程在时间片内没有执行完，系统会将其挂起，换到下一个进程执行。

特点：

• 抢占式：每个进程会在分配的时间片内运行，时间片耗尽后会被挂起，执行下一个进程。
• 公平性：每个进程都能获得相等的 CPU 时间。

优点：

• 时间片分配使得每个进程的等待时间得到了控制，能够保证系统响应速度。
• 易于实现，且适用于大多数系统，特别是交互式系统。

缺点：

• 时间片的大小对性能影响很大。如果时间片过小，会增加上下文切换的开销；如果时间片过大，可能失去轮转调度的优势。
• 不一定能有效减少等待时间。

适用场景：

• 多任务操作系统，尤其是交互式系统，用户对响应时间有一定要求。

---

5. 多级反馈队列（Multilevel Feedback Queue，MLFQ）

定义：
多级反馈队列是一种改进的调度算法，它结合了多个队列，每个队列有不同的优先级。进程根据运行时间和行为被动态地调整到不同的队列中，优先级较高的队列使用较短的时间片，优先级较低的队列使用较长的时间片。

特点：

• 进程在队列之间移动，短作业和长作业分别被分配到不同的队列。
• 如果一个进程长时间没有完成，则会被移动到较低优先级的队列中。

优点：

• 结合了优先级调度和轮转调度的优点。
• 能够动态调整进程优先级，避免了饥饿问题。

缺点：

• 配置和实现相对复杂。
• 队列之间的优先级调度可能会引入不必要的复杂度。

适用场景：

• 多任务的操作系统，特别是需要平衡响应时间和公平性的场景。

---

6. 短期调度与长期调度

在进程调度中，通常有以下两种调度：

• 短期调度：在多个就绪进程中选择一个进程运行。一般由 CPU 调度算法（如 FCFS、SJF、RR、MLFQ）来实现。
• 长期调度：决定哪些新进程从外存调入内存，进入就绪队列等待调度。长期调度一般由操作系统的进程管理部分负责。

---

7. 调度算法的性能指标

进程调度算法的性能通常通过以下几个指标来衡量：

• 周转时间（Turnaround Time）：一个进程从提交到完成所需的总时间。周转时间包括等待时间、执行时间和输入输出时间。

• 等待时间（Waiting Time）：进程在就绪队列中等待 CPU 时间的总时长。

• 响应时间（Response Time）：进程从提交到第一个响应之间的时间。对于交互式系统，响应时间是非常重要的。

• 吞吐量（Throughput）：单位时间内完成的进程数，通常衡量系统的处理能力。

---