FCFS中的OS Convoy效果

介绍

FCFS（First-Come, First-Served）是一种先到先服务的调度算法，在单处理器系统中广泛使用。在FCFS中，作业按照它们的到达顺序被调度和执行。这意味着如果某个大型作业到达系统并且正在运行，那么所有其他作业将等待它执行完毕。

OS Convoy（操作系统车队）是一个现象，它是由于某个耗时的作业占用了CPU而导致其他短作业等待的现象。这种现象被比喻为一列正在行驶的车队，车队上的车辆都无法超过前面的车辆，直到车队中的第一个车辆到达其目的地并脱离队伍。

FCFS中的OS Convoy效果

FCFS调度算法容易导致OS Convoy效应。这是由于长作业需要占用CPU较长时间，而短作业则需要等待较长时间才能开始执行。

例如，考虑一个长作业和多个短作业的队列。如果长作业首先到达系统，那么所有短作业都将等待它完成。因为短作业不占用很长时间，长作业很容易暂时占用CPU并保持一段时间。长作业完成后，短作业才得以执行。这将导致短作业的响应时间增加，并且系统的吞吐量降低。

以下是一个简单的示例，展示FCFS中的OS Convoy效应。

burst_time = [20, 4, 16, 6, 2]
waiting_time = [0] * len(burst_time)
turnaround_time = [0] * len(burst_time)
total_waiting_time = 0
total_turnaround_time = 0

for i in range(1, len(burst_time)):
    waiting_time[i] = burst_time[i-1] + waiting_time[i-1]
    total_waiting_time += waiting_time[i]
  
for i in range(len(burst_time)):
    turnaround_time[i] = burst_time[i] + waiting_time[i]
    total_turnaround_time += turnaround_time[i]

print("进程\t执行时间\t等待时间\t周转时间")
for i in range(len(burst_time)):
    print("P" + str(i+1) + "\t" + str(burst_time[i]) + "\t\t" + str(waiting_time[i]) + "\t\t" + str(turnaround_time[i]))

print("平均等待时间:", round(total_waiting_time/len(burst_time), 2))
print("平均周转时间:", round(total_turnaround_time/len(burst_time), 2))

在上述代码中，长作业的执行时间为20个时间单位，比其他作业的执行时间长很多。运行该代码将产生以下输出：

进程    执行时间        等待时间        周转时间
P1      20              0               20
P2      4               20              24
P3      16              24              40
P4      6               40              46
P5      2               46              48
平均等待时间: 26.0
平均周转时间: 35.6

从上述输出中可以看出，长作业导致所有其他作业都等待了很长时间，导致平均等待时间为26个时间单位，并导致平均周转时间为35.6个时间单位。 这是FCFS进行任务调度时可能出现的OS Convoy效应的一个示例。

总结

FCFS调度算法在许多情况下都是可靠的，但在存在大量短作业的环境下，常常会产生OS Convoy效应。这将导致短作业的响应时间增加，并且系统的吞吐量降低。为避免FCFS中的OS Convoy效应，可以使用其他调度算法，如SJF（Shortest Job First）或RR（Round Robin）。