【操作系统】处理机调度的层次和调度算法的目标

在多道程序环境下，进程数目往往多于处理机数目，致使它们竞争使用处理机。这就要求系统能按某种算法，动态地把处理机分配给就绪队列中的一个进程，使之执行。分配处理机的任务是由进程调度程序完成的。它是操作系统设计的中心问题之一。

处理机调度

• 调度的层次
• 调度队列模型
• 选择调度方式和算法的若干准则

处理机调度的层次

一个作业从提交开始，往往要经历三级调度：高级调度、中级调度、低级调度。

高级调度（长程/作业/宏观调度）

• 从外存后备队列中选择作业进入内存就绪队列。
• 在批处理系统中，大多配有作业调度。
• 作业调度执行频率较低，时间尺度是分钟、小时或天。

中级调度（交换调度）

• 在内存和外存对换区之间按照给定的策略选择进程对换。
• 解决内存紧张问题，提高内存的利用率和系统吞吐量。

低级调度（短程/CPU/进程/微观调度）

• 任务是从就绪队列中选择一个进程来执行并由分派程序（Dispatcher）分配处理机。
• 是 OS 中最基本的调度。
• 时间尺度通常是毫秒级的，由于低级调度算法的频繁使用，要求在实现时做到高效。
• 常采用非抢占（非剥夺）方式和抢占（剥夺）方式两种。

处理机调度算法的目标

处理机调度算法的共同目标

• 资源利用率 
  
• 公平性
• 平衡性（CPU 型进程和 I/O 型进程）
• 策略强制执行（抢占）

批处理系统的目标

• 平均周转时间短 
  1.周转时间：作业从提交 → 完成的时间 
  2.周转时间组成： 
  驻外等待调度时间 
  驻内等待调度时间 
  执行时间 
  阻塞时间 
  3.周转时间不具有区分实际运行时间长短的性质。
• 系统吞吐量高
• 处理机利用率高

周转时间= 结束时间 -到达时间

平均周转时间 T

平均周转时间可以衡量不同调度算法对相同作业流的调度性能。

带权周转时间：周转时间除以系统服务时间 T s （占CPU 时间）

带权周转时间越小越好。

分时系统的目标

• 响应时间快（对交互性作业） 
  1.键盘提交请求到首次反馈结果的时间 
  2.时间组成： 
  输入传送时间 
  处理时间 
  响应传送时间
• 均衡性

实时系统的目标

• 截至时间的保证
• 可预测性