概念：

• 当有一堆任务要处理，但由于资源有限，这些事情没法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序

三个层次：

高级调度（作业调度）：

• 按一定的原则从外存的作业后备队列中挑选一个作业调入内存，并创建进程。每个作业只调入一次，调出一次。作业调入时会建立PCB，调出时才撤销PCB

低级调度（进程调度）：

• 按照某种策略从就绪队列中选取一个进程，将处理机分配给它

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不能进行进程调度与切换的情况：

1. 在处理中断的过程中。中断处理过程复杂，与硬件密切相关，很难做到在中断处理过程中进行进程切换

2. 进程在操作系统内核临界区中

3. 在原子操作过程中（原语）。原子操作不可中断，要一气呵成（如之前讲过的修改PCB中进程状态标志，并把PCB放到相应队列）

临界资源：一个时间段内只允许一个进程使用的资源。各进程需要互斥地访问临界资源内核程序临界区：一般是用来访问某种内核数据结构的，比如进程的就绪队列（由各就绪进程的PCB组成）

调度方式：

• 非剥夺调度方式（非抢占方式）：即，只允许进程主动放弃处理机。在运行过程中即便有更紧迫的任务到达，当前进程依然会继续使用处理机，直到进程终止或主动要求进入阻塞态。【实现简单，系统开销小但是无法及时处理紧急任务，适合于早期的批处理系统】

• 剥夺调度方式（抢占方式）：当一个进程正在处理机上执行时，如果有一个更重要或更紧迫的进程需要使用处理机，则立即暂停正在执行的过程，将处理机分配给更重要紧迫的那个进程【可以优先处理更紧急的进程，也可以让各进程按时间片轮流执行的功能（通过时钟中断）适合于分时操作系统、实现操作系统】

进程切换：

1. 主要完成了对原来运行进程各种数据的保存

2. 对新的进程各种数据的恢复（如：程序计数器、程序状态字、各种数据寄存器等处理机现场信息，这些信息一般保存在进程控制块）

中级调度（内存调度）：

• 按照某种策略决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存

挂起态：

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七状态模型

“挂起”和“阻塞”的区别：

两种状态都是暂时不能获得CPU的服务，但挂起态时将进程映像调到外存去了，而阻塞态下进程映像还在内存中。有的操作系统会把就绪挂起、阻塞挂起分为两个挂起队列，甚至会根据阻塞原因不同再把阻塞挂起进程进一步细分为多个队列

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调度程序：

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闲逛进程：

• 调度程序永远的备胎，没有其他就绪进程时，运行闲逛进程

特性：

• 优先级最低

• 可能是0地址指令，占一个完整的指令周期（指令周期末尾例行检查中断）

• 能耗低

调度算法的评价指标：

CPU利用率：指CPU“忙碌”的时间占总时间的比例

公式：利用率=忙碌时间/总时间

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： ​编辑​编辑

系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量

公式：系统吞吐量=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，总共花费100秒，则系统吞吐量为？

答：10/100=0.1道/秒

周转时间：

• 是指从作业提交给系统开始，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的能带作业调度（高级调度）的时间、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。后三项在一个作业的整个过程中，可能发生多次。

公式：

作业周转时间=作业完成时间-作业提交时间

平均周转时间=各作业周转时间之和/作业数

带权周转时间=作业周转时间/作业实际运行时间=（作业完成时间-作业提交时间）/作业实际运行的时间

等待时间：指进程/作业处于等待处理机时间之和，等待时间越长，用户满意度越低

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• 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。

• 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进程/作业的等待时间。当然，与前面指标类似，也有“平均等待时间”来评价整体性能

响应时间：指从用户提交请求到首次响应所用的时间

调度算法：

先来服务（FCFS）：【非抢占式算法】

算法思想：主要从“公平”的角度考虑（类似于我们生活中排队买东西的例子）

算法规则：按照作业/进程到达的先后顺序进行服务

用于作业/进程调度：

作业调度：考虑的是哪个作业先到达后到达后备队列

进程调度：考虑的时哪个进程先到达就绪队列

例：各进程到达就绪队列的时间、需要运行时间如下表所示。使用先来先服务调度算法，计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

答：

调度顺序为：p1->p2->p3->p4

周转时间=完成时间-到达时间

带权周转时间=周转时间/运行时间

等待时间=周转时间-运行时间

优点：公平、算法实现简单

缺点：排在长作业和（进程）后面的短作业需要等待很长的时间，带权周转时间很大，对短作业来说用户体验不好。即，FCFS算法对长作业有利，对短作业不利（如排队买奶茶）

短作业优先（SJF）：

算法思想：追求最少的平均等待时间，最少的平均周转时间、最少的平均带权周转时间

算法规则：最短的作业/进程优先得到服务（所谓”最短“，是指要求服务时间最短）

用于作业/进程调度：可用于作业调度，也可用于进程调度。用于进程调度时称为”短进程优先（SPF）算法“

是否可抢占：SJF和SPF时非抢占式的算法。但也有抢占式版本——最短剩余时间优先算法（SRTN）

例题：各进程到达就绪队列的时间、需要运行时间如下表所示。使用非抢占式的短作业优先调度算法，计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

                                     

答：

短作业/进程优先调度算法：每次调度时选择当前已到达且运行时间最短的作业/进程

调度顺序：p1->p3->p2->p4

周转时间：

带权周转时间：

等待时间：

高响应比优先（HRRN）：

算法思想：要综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务的时间

算法规则：在每次调度时先计算各个作业/进程的响应比，选择响应比最高的作业/进程为其服务

• 公式：响应比=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间

用于作业/进程调度：既可用于作业调度，也可用于进程调度

是否可抢占：非抢占式的算法

• 因此只有当前运行的作业/进程主动放弃处理机时，才需要调度，才需要计算响应比

例题：各进程到达就绪队列的时间、需要运行时间如下表所示。使用非抢占式的短作业优先调度算法，计算各进程的等待时间、平均等待时间、周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间。

                                      

答：

0时刻：只有P1到达就绪队列，P1上处理机

7时刻（P1主动放弃CPU）：就绪队列中有P2（响应比=（5+4）/4=2.25）、P3((3+1）/1=4) 、P4（（2+4）/4=1.5）

8时刻（P3完成）：P2（2.5）、P4（1.75）

12时刻（P2完成）：就绪队列中只剩下P4

优点： 

• 综合考虑了等待时间和运行时间（要求服务时间）
• 等待时间相同时，要求服务时间短的优先（SJF的优点）
• 要求服务时间相同时，等待时间长的优先（FCFS的优点）
• 对于长作业来说，随着等待时间越来越久，其响应比也会越来越大，从而避免了长作业饥饿的问题

时间片轮转调度算法（RR）：

算法思想：公平的、轮流地为各个进程服务，让每个进程在一定时间间隔内都可以得到响应

算法规则：按照各进程到达就绪队列的顺序，轮流让各个进程执行一个时间片（如100s）.若进程未在一个时间片内执行完，则剥夺处理机，将进程重新放到就绪队列队尾重新排队

用于作业/进程调度：用于进程调度（只有作业放入内存建立了相应的进程后，才能被分配处理机时间片）

是否可抢占？若进程未能在时间片内运行完，将被强行剥夺处理机使用权，因此时间片轮转调度算法属于抢占式算法。由时钟装置发出时钟中断来通知CPU时间片已到

例题：

当时间片为2时：

当时间片为5时：

注：

• 如果时间片太大，则会退化为先来先服务调度算法，并且会增大进程响应时间，所以时间片不能太大 。
• 如果时间片太小，则进程切换会过于频繁，系统会花大量的时间来处理进程切换，从而导致实际用于进程执行的时间比例减少。

优点：

• 公平、响应快适用于分时系统

缺点：

• 由于高频率的进程切换，因此有一定的开销；不区分任务的紧急程度

是否会导致饥饿：不会导致饥饿

优先级调度算法

算法思想：随着计算机的发展，特别是实时操作系统的出现，越来越多的应用场景需要根据任务的紧急程度来决定处理顺序

算法规则：每个作业/进程有各自的优先级，调度时选择优先级最高的作业/进程

用于作业/进程调度：既可用于作业调度，也可用于进程调度。甚至，还会用于在之后会学习的I/O调度中

是否可抢占：抢占式和非抢占式的都有。

 例题:（非抢占式）且优先数越大，优先级越高

抢占式

补充：就绪队列其实不止一个 ，可以按照不同优先级来组织。 另外，也可以把优先级高的进程排在更靠近队头的位置。根据优先级是否可以动态改变，可将优先级分为静态优先级和动态优先级两种

静态优先级：创建进程时确定，之后一直都不变

动态优先级：创建进程时有一个初始值，之后会根据i情况动态地调整优先级

优点：用优先级区分紧急程度、重要程度，适用于实时操作系统。可灵活的调整对各种作业/进程的偏好程度

缺点：若源源不断地有高优先级进程到来，则可能导致饥饿

是否会发生饥饿：会

多级反馈队列调度算法：

算法思想：对其他调度地这种权衡

算法规则：

1. 设置多级就绪队列，各级队列优先级从高到低，时间片从小到大

2. 若用完时间片段进程还未结束，则进程进入下一级队列队尾。如果此时已经是在最下级的队列队尾。如果此时已经是在最下级的队列，则重新放回该队队列队尾

3. 只有第k级队列为空时，才会为k+1级队头的进程分配时间片

用于作业/调度进程：用于进程调度

通常有如上所示对应的三个级别的队列和时间片

是否可抢占？抢占式算法。在k级队列的进程运行过程中，若更上级的队列中进入了一个新进程，则由于新进程处于优先级更高的队列中，因此新进程会抢占处理机。原来运行的进程放回k级队列的队尾

例题：

 优点：

• 对各类进程相对公平（FCFS的优点）

• 每个新到达的进程都可以很快得到响应（RR的优点）

• 短进程只用较少的时间就可以完成（SPF的优点）

• 不必实现估计进程的运行时间（避免啊用户造假）

• 可灵活地调整对各类进程的偏好程度，比如CPU密集型进程、I/O密集型进程

 是否会导致饥饿：不会

多级队列调度算法

系统中按进程类型设置多个队列，进程创建成功后插入某个队列

队列之间可采取固定优先级，或按时间片划分

固定优先级：高优先级为空时低优先级才能被调度 

时间片划分：如三个队列分配时间50%、40%、10%