深度了解roundrobin演算法

一、基本概念

function roundrobin(cycle,processes){
  var start = 0;
  return function(){
    if(start>=cycle){
      start=0;
    }
    var next = start;
    start++;
    return processes[next];
  }
}

Round Robin演算法是一種最常見的資源分配演算法，適用於多道程序系統。

演算法基於時間片輪轉的思想。每個進程會被分配一定時間片，當時間到了之後，進程會被暫停並回到就緒隊列尾部，等待下一次分配時間片並繼續執行。這個過程就像在一個輪子上輪流坐上去，所以稱作Round Robin演算法。

Round Robin演算法的優點在於，它能夠在保證資源公平分配的同時，最大化系統的吞吐量。但是當系統中有大量的短進程存在時，Round Robin演算法的效率會降低。

二、實現過程

下面是一個JavaScript實現Round Robin演算法的例子：

function roundrobin(cycle,processes){
  var start = 0;
  return function(){
    if(start>=cycle){
      start=0;
    }
    var next = start;
    start++;
    return processes[next];
  }
}

var processes = ["P1", "P2", "P3", "P4", "P5"];
var schedule = roundrobin(3, processes);

for(var i = 0; i < 10; i++){
  console.log(schedule());
}

在這個例子中，我們創建了一個包含5個進程的進程列表processes，並使用roundrobin函數初始化了一個時間片大小為3的調度器schedule。

我們使用for循環模擬了10個時間片的情況，並每次列印出當前被調度的進程。

三、時間片大小的重要性

Round Robin演算法中，時間片大小的選擇對整個系統的性能影響很大。一個較小的時間片大小會增加進程切換的次數，從而增加了系統的開銷，甚至還會導致進程飢餓問題。而一個較大的時間片大小會導致長時間運行的進程佔用太多的CPU時間，從而降低了響應速度。

常見的時間片大小選擇範圍是10ms~100ms。實際上，選擇多大的時間片大小要根據具體的系統負載情況以及硬體性能決定。

四、進程優先順序

Round Robin演算法中，進程優先順序的設置也對系統性能有很大影響。進程優先順序過高的進程可能會長時間佔用CPU時間，使其他低優先順序的進程飢餓。而如果優先順序過低，高優先順序的進程可能長時間得不到運行。

通常，進程優先順序的設置會根據進程類型、進程的執行時間、進程的執行狀態、進程的CPU利用率等因素進行調整。

五、輪詢隊列的實現

Round Robin演算法的核心是輪詢隊列的實現。在實現過程中，我們可以使用如下數據結構：

function RoundRobinQueue(){
  this.queue=[];
  this.index=0;
}

RoundRobinQueue.prototype.enqueue=function(item){
  this.queue.push(item);
}

RoundRobinQueue.prototype.dequeue=function(){
  var next = this.index%this.queue.length,
      item = this.queue[next];
  this.index++;
  return item;
}

在這個例子中，我們使用一個數組來保存進程隊列。每次調用dequeue函數時，該函數會返回隊列中下一個進程，並將當前輪詢的位置索引index+1。

使用這種數據結構可以避免我們在每次調度時都進行循環，從而提高程序效率。

六、總結

Round Robin演算法是一種常用的資源分配演算法，適用於多道程序系統。在實際應用中，我們需要選擇合適的時間片大小以及進程優先順序，並對進程隊列進行合理的管理，從而最大化系統的吞吐量。