处理机调度与作业调度
处理机调度
一个批处理型作业，从进入系统并驻留在外存的后备队列上开始，直至作业运行完毕，可能要经历如下的三级调度
高级调度
也称为作业调度、长程调度、接纳调度。调度对象是作业
主要功能：
·挑选若干作业进入内存
·为作业创建进程、分配必要的资源
·将新创建的进程插入就绪队列，准备执行
高级调度只有多道批处理操作系统中才有，分时和实时两种类型的OS中无需配置
高级调度运行频率较低，作业调度的周期较长，往往是一个或一批作业运行完毕才结束
中级调度
也称为内存调度
主要功能：
·实现进程的内外存切换
·实现进程的挂起与非挂起状态切换，即活动和静止状态的切换
中级调度实际上就是存储器管理中的对换功能
中级调度运行频率介于低级调度和高级调度之间
低级调度
也称为进程调度、短程调度。调度对象是进程
主要功能：
·决定就绪队列中的那个进程获得处理机
·有分配器（分配程序）执行把处理机分配给进程的具体操作
在多道批处理系统、分时和实时三种类型的OS中，都必须配置
低级调度的运行频率最高，一般进程调度算法不宜设计的太复杂
处理机调度算法的目标是提高资源利用率
CPU利用率=CPU有效工作时间/CPU总运行时间
CPU总运行时间=CPU有效工作时间+CPU空闲等待时间
一般使用周转时间的长短来评价批处理系统的性能
周转时间：作业提交给系统到作业完成的时间间隔
带权周转时间：周转时间/服务时间
作业调度
作业调度的主要任务有两个：①决定接纳多少作业②决定接纳那些作业
决定接纳多少作业：取决于多道程序度，即允许多少个作业同时在内存中允许
决定接纳那些作业：取决于调度算法
先来先服务调度算法
系统按照作业到达的先后次序进行调度。在就绪队列中等待时间越长的作业，优先级越高
可见进程先后进入内存的顺序为：P1-P2-P3-P4-P5。因此处理机也按照该顺序服务
CPU服务示意图
| 创建时刻 | 运行时间 | CPU开始服务时间 | 结束服务时间 | 周转时间 | |
| P1 | 0 | 3 | 0 | 3 | 3-0=3 |
| P2 | 2 | 6 | 3 | 9 | 9-2=7 |
| P3 | 4 | 4 | 9 | 13 | 13-4=9 |
| P4 | 6 | 5 | 13 | 18 | 18-6=12 |
| P5 | 8 | 2 | 18 | 20 | 20-8=12 |
短作业优先调度算法
为了尽可能完成更多的作业，出现了短作业优先。作业所需服务时间越短，优先级越高
可见进程先后进入内存的顺序为：P1-P2-P3-P4-P5。按照运行时间长短排序为：P5-P1-P3-P4-P2
因此当进程P1执行完毕后，只有P2进程创建，因此执行进程P2。当P2执行完毕时（第9ms），进程P3、P4、P5都已经创建完毕，在就绪队列中排序。由于是短作业优先，因此优先执行进程P5，其次是P3，最后是P4
| 创建时刻 | 运行时间 | CPU开始服务时间 | 结束服务时间 | 周转时间 | |
| P1 | 0 | 3 | 0 | 3 | 3 |
| P2 | 2 | 6 | 3 | 9 | 7 |
| P3 | 4 | 4 | 11 | 15 | 11 |
| P4 | 6 | 5 | 15 | 20 | 14 |
| P5 | 8 | 2 | 9 | 11 | 3 |
高响应比优先调度算法
高响应比优点调度算法即考虑作业的等待时间，也考虑作业的服务时间。兼顾短作业，也不使长作业等待时间过长
优先权计算方式：
其中WaitTime是等待时间，ServiceTime是要求服务时间，priority是优先权
优先权越大，越先进行服务
由上述公式可以看出①如果作业等待时间相同，则要求服务时间越短，优先权越高②如果要求服务时间相同，则等待时间越长，优先权越高③对于长作业而言，等待的时间越久优先权也高，也能获取处理机资源
可见进程先后进入内存的顺序为：P1-P2-P3-P4-P5
当进程P1执行完毕后，只有P2进程创建，因此执行进程P2。当P2执行完毕时（第9ms），进程P3、P4、P5都已经创建完毕，在就绪队列中排序。此时计算每个进程的响应比，分别为2.25、1.6、1.5。因此优先执行进程P3。P3执行完毕时（第13ms），计算进程P4、P5的响应比，分别为2.4和3.5。因此优先执行进程P5，最后执行进程P4
| 创建时刻 | 运行时间 | CPU开始服务时间 | 结束服务时间 | 周转时间 | |
| P1 | 0 | 3 | 0 | 3 | 3 |
| P2 | 2 | 6 | 3 | 9 | 7 |
| P3 | 4 | 4 | 9 | 13 | 9 |
| P4 | 6 | 5 | 15 | 20 | 14 |
| P5 | 8 | 2 | 13 | 15 | 7 |
轮转调度算法
轮转调度算法让就绪队列上的每个进程每次仅允许一个时间片，如果就绪队列上有n个进程，则每个进程每次都可以获得1/n的处理机时间
轮转调度算法中最重要的就是时间片的选择。如果时间片小，会频繁执行进程调度和进程上下文切换，导致系统开销增加；如果时间片太长，导致每个进程在一个时间片内完成，使轮转调度算法退化成先来先服务算法，无法满足用户需求
下图为轮询的过程，在进程创建之前不进入轮转。在程序运行结束后，退出轮转序列
| 第一轮 | P1 | ||||
| 第二轮 | P1（第2ms，进程P2创建） | P2 | |||
| 第三轮 | P1（第4ms，进程P3创建，进程P1运行结束） | P2 | P3（第6ms，进程P4创建） | P4 | |
| 第四轮 | P2（第8ms，进程P5创建） | P3 | P4 | P5 | |
| 第五轮 | P2 | P3 | P4 | P5（第15ms，进程P5运行结束） | |
| 第六轮 | P2 | P3（第17ms，进程P3运行结束） | P4 | ||
| 第七轮 | P2（第19ms，进程P2运行结束） | P4（第20ms，进程P4运行结束） |
| 创建时刻 | 运行时间 | CPU开始服务时间 | 结束服务时间 | 周转时间 | |
| P1 | 0 | 3 | 0 | 4 | 4 |
| P2 | 2 | 6 | 3 | 19 | 17 |
| P3 | 4 | 4 | 6 | 17 | 13 |
| P4 | 6 | 5 | 7 | 20 | 14 |
| P5 | 8 | 2 | 11 | 15 | 7 |