[论文解读] An Optimum Multilevel Dynamic Round Robin Scheduling Algorithm

Neetu Goel, Rajesh Garg|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2013

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 4被引用 6

一句话总结

本文提出了一种最优多级动态轮转（OMD-RR）调度算法，该算法根据进程行为动态调整时间片，以减少上下文切换、等待时间和响应时间。通过在每次执行轮次后智能重新计算时间片，该算法在时间共享系统和软实时系统中相较于传统轮转法及其他现有调度方法表现出更优的性能。

ABSTRACT

The main objective of this paper is to improve the Round Robin scheduling algorithm using the dynamic time slice concept. CPU scheduling becomes very important in accomplishing the operating system (OS) design goals. The intention should be allowed as many as possible running processes at all time in order to make best use of CPU. CPU scheduling has strong effect on resource utilization as well as overall performance of the system. Round Robin algorithm performs optimally in time-shared systems, but it is not suitable for soft real time systems, because it gives more number of context switches, larger waiting time and larger response time. In this paper, a new CPU scheduling algorithm called An Optimum Multilevel Dynamic Round Robin Scheduling Algorithm is proposed, which calculates intelligent time slice and changes after every round of execution. The suggested algorithm was evaluated on some CPU scheduling objectives and it was observed that this algorithm gave good performance as compared to the other existing CPU scheduling algorithms.

研究动机与目标

• 为解决传统轮转调度在软实时系统和时间共享系统中的低效问题，特别是高上下文切换和响应时间差的问题。
• 通过根据进程执行模式动态调整时间片值，以减少等待时间和响应时间。
• 通过在多个调度层级上智能调整时间片，提升整体系统性能和资源利用率。
• 使用标准性能指标，将所提出的算法与现有CPU调度算法进行对比评估。
• 开发一种多级动态调度机制，以在多样化工作负载下平衡公平性与响应能力。

提出的方法

• 该算法采用多级结构，根据进程的行为和执行特性将其分组到不同的优先级层级中。
• 每次执行轮次后，通过反馈机制动态重新计算时间片值，该机制考虑进程执行时间和剩余工作量。
• 时间片自适应调整——对长时运行进程增加时间片，对短时或交互式进程减少时间片，以最小化上下文切换。
• 该算法使用基于优先级的队列系统，高优先级层级中的进程获得更短、更频繁的时间片，而低优先级层级则使用更长且自适应的时间片。
• 调度决策通过轮询方式依次遍历每一级，每次轮次后根据性能反馈更新时间片值。
• 系统通过评估进程行为（如突发时间与响应时间）来确定每个进程的最优时间片调整策略。

实验结果

研究问题

• RQ1 轮转调度中的时间片自适应调整如何减少上下文切换并提升系统响应能力？
• RQ2 在时间共享系统中，动态时间片调整对等待时间和响应时间有何影响？
• RQ3 与静态或单级动态轮转相比，多级反馈机制是否能提升公平性与性能？
• RQ4 在关键性能指标方面，所提出的算法与现有CPU调度算法相比表现如何？
• RQ5 每次执行周期后，应采用何种最优方法重新计算时间片，以在系统效率与进程响应能力之间取得平衡？

主要发现

• 所提出的OMD-RR算法显著减少了与标准轮转调度相比的上下文切换次数。
• 等待时间和响应时间明显低于传统轮转及其他基准算法的观测值。
• 由于自适应时间片分配，该算法表现出更高的系统吞吐量和资源利用率。
• 性能评估证实，多级动态方法在响应能力和公平性方面优于现有算法。
• 动态时间片调整机制有效平衡了不同类型工作负载下进程间的CPU使用。
• 在时间共享环境中，该算法在混合工作负载下实现了更优的整体系统性能。