文章目錄

• • • 2.1.8 調(diào)度算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)
    • • 2.1.8.1 CPU利用率
      • 2.1.8.2 系統(tǒng)吞吐量
      • 2.1.8.3 周轉(zhuǎn)時(shí)間
      • 2.1.8.4 等待時(shí)間
      • 2.1.8.5 響應(yīng)時(shí)間
      • 2.1.8.6 小結(jié)

2.1.8 調(diào)度算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)

知識(shí)總覽

需要注意的是，這一部分的知識(shí)要學(xué)會(huì)計(jì)算

2.1.8.1 CPU利用率

在早期，由于CPU造價(jià)極其昂貴，因此人們會(huì)希望讓CPU盡可能多地工作。由此，引出了下面的概念。

CPU利用率：指CPU“忙碌”的時(shí)間占總時(shí)間的比例。，即$利用率=\frac{忙碌的時(shí)間}{總時(shí)間}$。

在有的題目中，還會(huì)要求計(jì)算某種設(shè)備的利用率。

某計(jì)算機(jī)只支持單道程序，某個(gè)作業(yè)剛開(kāi)始需要在CPU上運(yùn)行5秒，再用打印機(jī)打印輸出5秒，之后再執(zhí)行5秒，才能結(jié)束。在此過(guò)程中，CPU利用率、打印機(jī)利用率分別是多少？

$CPU利用率=\frac{5+5}{5+5+5}=66.66$%

$打印機(jī)利用率=\frac{5}{15}=33.33$%

需要注意的是，考研中一般不會(huì)出這么簡(jiǎn)單的題目，而是會(huì)考查多道程序并發(fā)執(zhí)行的情況，這時(shí)候可以利用甘特圖來(lái)輔助計(jì)算。

2.1.8.2 系統(tǒng)吞吐量

對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，人們總希望能用盡可能少的時(shí)間處理完盡可能多的作業(yè)。

系統(tǒng)吞吐量：單位時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)的數(shù)量。

系統(tǒng)吞吐量 = $\frac{總共完成了多少道作業(yè)}{總共花了多少時(shí)間}$

某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理完10道作業(yè)，共花費(fèi)了100秒，則系統(tǒng)吞吐量為？

10/100 = 0.1道/秒

2.1.8.3 周轉(zhuǎn)時(shí)間

對(duì)于計(jì)算機(jī)的用戶來(lái)說(shuō)，他很關(guān)心自己的作業(yè)從提交到完成花了多少時(shí)間。這就是周轉(zhuǎn)時(shí)間。周轉(zhuǎn)時(shí)間是指作業(yè)被提交給系統(tǒng)開(kāi)始，到作業(yè)完成為止的這段時(shí)間間隔。

其包括四個(gè)部分：作業(yè)在外存后備隊(duì)列上等待作業(yè)調(diào)度的時(shí)間、進(jìn)程在就緒隊(duì)列上等待進(jìn)程調(diào)度的時(shí)間、進(jìn)程在CPU上執(zhí)行的時(shí)間、進(jìn)程等待I/O操作完成的時(shí)間。后三項(xiàng)在一個(gè)作業(yè)的整個(gè)處理過(guò)程中，可能發(fā)生多次。

作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間 = 作業(yè)完成時(shí)間-作業(yè)提交時(shí)間

對(duì)于單個(gè)用戶來(lái)說(shuō)，更關(guān)心自己的單個(gè)作業(yè)的周轉(zhuǎn)情況

平均周轉(zhuǎn)時(shí)間 = $\frac{各作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間之和}{作業(yè)數(shù)}$

對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，更關(guān)心系統(tǒng)的整體表現(xiàn)，因此更關(guān)心所有作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間的平均值。

有的作業(yè)運(yùn)行時(shí)間短，有的作業(yè)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，因此在周轉(zhuǎn)時(shí)間相同的情況下，運(yùn)行時(shí)間不同的作業(yè)，給用戶的感覺(jué)肯定是不一樣的。

這么說(shuō)的話，用戶如何關(guān)心自己作業(yè)在周轉(zhuǎn)時(shí)間的實(shí)際表現(xiàn)呢？這時(shí)候就引出了帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間。

帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間 = $\frac{作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間}{作業(yè)實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間}=\frac{作業(yè)完成時(shí)間?作業(yè)提交時(shí)間}{作業(yè)實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間}$

這樣的話，對(duì)于周轉(zhuǎn)時(shí)間相同的兩個(gè)作業(yè)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的作業(yè)在相同時(shí)間內(nèi)被服務(wù)的時(shí)間更多，帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間小，用戶滿意度更高。

而對(duì)于實(shí)際運(yùn)行時(shí)間相同的兩個(gè)作業(yè)，周轉(zhuǎn)時(shí)間短的帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間更小，用戶滿意度更高。

從公式來(lái)看，作業(yè)提交后不一定開(kāi)始處理，所以分子肯定大于分母，也就是說(shuō)，帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間必然大于1，而且?guī)?quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間與周轉(zhuǎn)時(shí)間都是越小越好。

平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間 = $\frac{各作業(yè)帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間之和}{作業(yè)數(shù)}$

相信上面的概念不好理解，我們下面用幾個(gè)計(jì)算例子來(lái)理解：

設(shè)有三道作業(yè)，它們的提交時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間見(jiàn)下表:

作業(yè)號(hào)提交時(shí)間/時(shí)運(yùn)行時(shí)間/h

1	10:00	2
2	10:10	1
3	10:25	0.25

注：為計(jì)算方便，“時(shí)”均為十進(jìn)制。

試給出在下面兩種調(diào)度算法下，作業(yè)的執(zhí)行順序、平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間。

先來(lái)先服務(wù)(FCFS)調(diào)度算法

短作業(yè)優(yōu)先(SJF)調(diào)度算法

采用FCFS調(diào)度算法時(shí)，作業(yè)的執(zhí)行順序是作業(yè)1->作業(yè)2->作業(yè)3，根據(jù)題意可得下表：

作業(yè)號(hào)提交時(shí)刻/時(shí)運(yùn)行時(shí)間/h開(kāi)始時(shí)刻/時(shí)完成時(shí)刻/時(shí)

1	10:00	2	10:00	12:00
2	10:10	1	12:00	13:00
3	10:25	0.25	13:00	13:15

那么，由公式可得：

$平均周轉(zhuǎn)時(shí)間=\frac{各作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間之和}{作業(yè)數(shù)}=[(12?10)+(13?10:10)+(13:25?10:25)]/3=2.55h$

$平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間=\frac{各作業(yè)帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間之和}{作業(yè)數(shù)}=[(12?10)/2+(13?10:10)/1+(13.15?10.25)/0.25]/3=5.05h$

采用SJF調(diào)度算法時(shí)，作業(yè)的執(zhí)行順序是作業(yè)1->作業(yè)3->作業(yè)2，根據(jù)題意可得下表：

作業(yè)號(hào)提交時(shí)刻/時(shí)運(yùn)行時(shí)間/h開(kāi)始時(shí)刻/時(shí)完成時(shí)刻/

1	10:00	2	10:00	12.00
2	10:10	1	12:15	13:15
3	10:25	0.25	12:00	12:15

那么，由公式可得：

$平均周轉(zhuǎn)時(shí)間=[(12?10)+(13:15?10:10)+(12:15?10:25)]/3=[2+3.08+1.83]/3=2.3h$

$帶權(quán)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間=(2/2+3.08/1+1.83/0.25)/3=3.8h$

2.1.8.4 等待時(shí)間

計(jì)算機(jī)的用戶希望自己的作業(yè)盡可能少的等待處理機(jī)。

等待時(shí)間，指進(jìn)程/作業(yè)處于等待處理機(jī)狀態(tài)時(shí)間之和,等待時(shí)間越長(zhǎng)，用戶滿意度越低。

對(duì)于進(jìn)程來(lái)說(shuō)，等待時(shí)間就是指進(jìn)程建立后等待被服務(wù)的時(shí)間之和，在等待I/O完成的期間其實(shí)進(jìn)程也是在被服務(wù)的，所以不計(jì)入等待時(shí)間。對(duì)于作業(yè)來(lái)說(shuō)，不僅要考慮建立進(jìn)程后的等待時(shí)間，還要加上作業(yè)在外存后備隊(duì)列中等待的時(shí)間。

一個(gè)作業(yè)作業(yè)總共需要被CPU服務(wù)多久，被I/O設(shè)備服務(wù)多久一般是確定不變的，因此調(diào)度算法其實(shí)只會(huì)影響作業(yè)/進(jìn)程的等待時(shí)間。當(dāng)然，與前面指標(biāo)類(lèi)似，也有“平均等待時(shí)間”來(lái)評(píng)價(jià)整體性能。

2.1.8.5 響應(yīng)時(shí)間

對(duì)于計(jì)算機(jī)用戶來(lái)說(shuō)，會(huì)希望自己提交的請(qǐng)求（比如通過(guò)鍵盤(pán)輸入了一個(gè)調(diào)試指令）盡早地開(kāi)始被系統(tǒng)服務(wù)、回應(yīng)。由此引出了響應(yīng)時(shí)間的概念：

響應(yīng)時(shí)間，指從用戶提交請(qǐng)求到首次產(chǎn)生響應(yīng)所用的時(shí)間。

2.1.8.6 小結(jié)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的王道操作系统考研笔记——2.1.8 调度算法的评价指标的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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