第8章 调度：多级反馈队列
本章将介绍一种著名的调度方法——多级反馈队列 ( Multi-level Feedback Queue, MLFQ ) 。
关键问题🏝：没有完备的知识如何调度呢？
解决：从历史中学习。
8.1 MLFQ：基本规则
MLFQ中有许多独立的队列 (queue) ，每个队列有不同的优先级 (priority level)。任何时刻，一个工作只存在于一个队列中，每个队列可能会有多个工作。
- 规则1：如果A的优先级 > B的优先级，运行A（不运行B）
- 规则2：如果A的优先级 = B的优先级，轮转运行A和B
8.2 尝试1：如何改变优先级
- 规则3：工作进入系统时，放在最高优先级（最上层队列）
- 规则4a：工作用完整个时间片后，降低其优先级（移入下一个队列）
- 规则4b：如果工作在其时间片以内主动释放CPU，则优先级不变
实例1：单个长工作
一直降。
实例2：来了一个短工作
如果不知道工作是短工作还是长工作，那么就在开始的时候假设其是短工作，并赋予最高优先级。
实例3：如果有I / O呢
假设交互型工作中有大量的I / O操作（比如等待用户的键盘或鼠标输入），它会在时间1片用完之前放弃CPU。这种情况下，我们保持它的优先级不变。
当前MLFQ的一些问题
- 饥饿问题：太多交互型工作会导致长工作无法得到CPU。
- 愚弄调度程序：流氓程序运行99%的时间片时间就主动放弃一次CPU，工作可以几乎独占CPU。
- 一个计算密集的进程可能在某段时间表现为一个交互型的进程，但无法提升优先级。
8.3 尝试2：提升优先级
规则5：经过一段时间S，就将系统中所有工作重新加入最高优先级队列。
解决问题1和3
添加时间段的问题是：S的值该如何设置？过高则长工作饥饿，过低则交互型工作得不到合适CPU比例。
8.4 尝试3：更好的计时方式
现在来解决问题2：
重写规则4a和4b：
规则4：一旦工作用完了其在某一层中的时间配额（无论中间主动放弃了多少次CPU），就降低其优先级（移入低一级队列）
8.5 MLFQ调优及其他问题
关于 MLFQ 调度算法还有一些问题。其中一个大问题是如何配置一个调度程序，例如， 配置多少队列？每一层队列的时间片配置多大？为了避免饥饿问题以及进程行为改变，应该多久提升一次进程的优先级？这些问题都没有显而易见的答案，因此只有利用对工作负载的经验，以及后续对调度程序的调优，才会导致令人满意的平衡。
常用方法：
- 支持不同队列可变的时间片长度（如图）
- 使用表来调整优先级
- 采用数学公式来调整优先级
PS：操作系统很少知道什么策略对系统中单个进程和每个进程算好的，因此提供接口并允许用户或管理员给操作系统一些提示(hint)常常很有用，我们通常称之为建议 (advice) 。
举例：调度程序（通过nice（命令行工具））、内存管理（madvise）
8.6 MLFQ：小结
本章介绍了一种调度方式，名为多级反馈队列 (MLFQ) 。
- 规则 1：如果 A 的优先级 > B 的优先级，运行 A（不运行 B）。
- 规则 2：如果 A 的优先级 = B 的优先级，轮转运行 A 和 B。
- 规则 3：工作进入系统时，放在最高优先级（最上层队列）。
- 规则 4：一旦工作用完了其在某一层中的时间配额（无论中间主动放弃了多少次 CPU），就降低其优先级（移入低一级队列）。
- 规则 5：经过一段时间 S，就将系统中所有工作重新加入最高优先级队列。
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