第二章 进程管理

调度算法的评价指标

• CPU利用率
• 系统吞吐量
• 周转时间
  • 周转时间、平均周转时间
  • 带权周转时间、平均带权周转时间
• 等待时间
• 响应时间

  注意理解各个指标为什么这样设计；并且会计算。

（一）CPU利用率

  早期的计算机，其造价是非常昂贵的，特别是CPU占了造价的很大一部分。现代的计算机CPU其实也不便宜。

  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。
$$利用率=\frac{忙碌的时间}{总时间}$$
  有些题还会让计算某种设备的利用率（不一定是CPU利用率）。

  例如：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：CPU利用率 = (5+5) / (5+5+5) = 66.66%；打印机利用率 = 5 / 15 = 33.33%。

  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。

（二）系统吞吐量

  对于计算机来说，它肯定希望用尽可能少的时间处理完尽可能多的作业。就设计了一个系统吞吐量的指标。

  系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量。
$$系统吞吐量=\frac{总共完成了多少道作业}{总共花了多少时间}$$
  例如：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

（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）的时间、进程在就绪队列上等待进程调度（低级调度）的时间（即处于就绪态）、进程在CPU上执行的时间（即处于运行态）、进程等待I/O操作完成的时间（即阻塞态）。后三项在一个作业的整个处理过程中，可能发生多次。
$$（作业）周转时间=作业完成时间-作业提交时间$$

  对于用户来说，更关心自己的单个作业的周转时间。

$$平均周转时间=\frac{各作业周转时间之和}{作业数}$$

  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。

  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。

  周转时间相同，若运行时间越长，则用户体验越好。例如A：等待10分钟，运行1分钟，周转时间为11分钟；B：等待1分钟，运行10分钟，周转时间为11分钟。

  因此，人们又提出另外一个指标：带权周转时间。
$$带权周转时间=\frac{作业周转时间}{作业实际运行的时间}=\frac{作业完成时间-作业提交时间}{作业实际运行的时间}$$

  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。

  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。

  容易发现：

  带权周转时间 必然 ≥ 1

  带权周转时间与周转时间 都是 越小越好

  相应地，和平均周转时间一样，也会有一个平均带权周转时间。这个就是操作系统比较关心的一个指标。
$$平均带权周转时间=\frac{各作业带权周转时间之和}{作业数}$$

（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，就是进程/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，同样地，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。

小结