2.2_4 调度算法的评价指标

注：要理解，并且会计算。

（一）CPU利用率

  由于早期的CPU造价极其昂贵，因此人们会希望让CPU尽可能多地工作。

  CPU利用率：指CPU“忙碌”的时间占总时间的比例。
$$利用率=\frac{忙碌的时间}{总时间}$$

  注，此处虽然说的是“CPU利用率”，但如果让你算其他设备（如：打印机设备）的利用率，也是一模一样的道理。

例：

  某计算机只支持单道程序，某个作业刚开始需要在CPU上运行5秒，再用打印机打印输出5秒，之后再执行5秒，才能结束。在此过程中，CPU利用率、打印机利用率分别是多少？

答：
$$\begin{gathered} CPU利用率=\frac{5+5}{5+5+5}=66.66\% \\ 打印机利用率=\frac{5}{5+5+5}=33.33\% \end{gathered}$$

  注：通常会考察多道程序并发执行的情况，可以用“甘特图”来辅助计算。（此处不展开，自行做题感受即可）

（二）系统吞吐量

  对于计算机来说，希望能用尽可能少的时间处理完尽可能多的作业。

  系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量。
$$系统吞吐量=\frac{总共完成了多少道作业}{总共花了多少时间}$$
例：
  某计算机系统处理完10道作业，共花费100秒，则系统吞吐量为？

答：
$$10/100=0.1道/秒$$

  即：平均每秒可以完成0.1道作业，也即“单位时间内完成作业的数量”。

（三）周转时间

  对于计算机的用户来说，他很关心自己的作业从提交到完成花了多少时间。

  周转时间，是指从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。

  它包括四个部分：作业在外存后备队列上等待作业调度（高级调度）的实践、进程在就绪队列上等待进程调度（低级调度）的时间、进程在CPU上执行的时间、进程等待I/O操作完成的时间。

  注：后三项在一个作业的整个处理过程中，可能发生多次。

$$\begin{gathered} (作业)周转时间=作业完成时间-作业提交时间 \\ 平均周转时间=\frac{各作业周转时间之和}{作业数} \end{gathered}$$

注：

  1.对于用户来说，更关心自己的单个作业的周转时间。（作业周转时间）

  2.对于操作系统来说，更关心系统的整体表现，因此更关心所有作业周转时间的平均值。（平均周转时间）

思考：

  有的作业运行时间短，有的作业运行时间长，因此在周转时间相同的情况下，运行时间不同的作业，给用户的感觉肯定是不一样的。

  比如，你只需要使用1分钟，但是你等待了10分钟，那么你的感受就会很糟糕。

  但如果你需要使用10分钟，但你等待了1分钟，那么你的感觉就会很好。

  但是，这两个例子的“周转时间”都是11分钟。

  这就是说，在周转时间相同的情况下，作业运行时间的长短不同所导致的对于用户感受上的区别。

  基于此，人们又提出了“带权周转时间”。
$$\begin{gathered} 带权周转时间=\frac{作业周转时间}{作业实际运行时间}=\frac{作业完成时间-作业提交时间}{作业实际运行时间} \\ 平均带权周转时间=\frac{各作业带权周转时间之和}{作业数} \end{gathered}$$

  显然，对于周转时间相同的两个作业，实际运行时间长的作业在相同时间内被服务的时间更多，带权周转时间更小，用户满意度更高。

  而对于实际运行时间相同的两个作业，周转时间短的带权周转时间更小，用户满意度更高。

注：

  1.带权周转时间必然$\ge 1$。

  2.带权周转时间与周转时间都是越小越好。

（四）等待时间

  计算机的用户希望自己的作业尽可能少的等待处理机。

  等待时间，指进程/作业处于等待处理机状态时间之和，等待时间越长，用户满意度越低。

  对于进程来说，等待时间就是指进程建立后等待被服务的时间之和，在等待I/O完成的期间其实进程也是在被服务的，所以不计入等待时间。

  对于作业来说，不仅要考虑建立进程后的等待时间，还要加上作业在外存后备队列中等待的时间。

  一个作业总共需要被CPU服务多久，被I/O设备服务多久一般是确定不变的，因此调度算法其实只会影响作业/进程的等待时间。当然，与前面指标类似，也有“平均等待时间”来评价整体性能。

（五）响应时间

  对于计算机用户来说，会希望自己的提交的请求（比如通过键盘输入了一个调试命令）尽早地开始被系统服务、回应。

  响应时间，指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

总结