操作系统复习（四）

几种调度

低级调度

进程调度（又称低级调度 / 短程调度）：负责从就绪队列中选取一个进程/线程，分配给CPU运行。

无论是批处理、分时还是多处理机，只要CPU需要执行程序，就离不开进程调度。它是操作系统中最基本、频率最高的调度，是所有系统的“刚需”。

中级调度

中级调度（又称中程调度 / 交换调度）：负责将暂时不能运行的进程（如内存紧张时）换出到外存（挂起），待条件合适再换入内存。

分时系统追求“短响应时间”，但内存中驻留的交互进程过多时会内存不足。引入中级调度可以动态调节内存负载，把暂时空闲的进程挂起，优先保证活跃进程的内存空间，从而提升整体响应速度。批处理系统则因作业一旦运行就常驻内存直到结束，一般不需要中级调度。

高级调度

作业调度（又称高级调度 / 长程调度）：负责从外存（磁盘）的后备队列中，选取若干作业调入内存，为其创建进程。

批处理系统的特点是“成批处理”。作业必须先通过作业调度选入内存，才能被后续的进程调度执行。而分时系统为了快速响应用户，通常直接将作业装入内存（不设作业调度或只设简单接纳控制）；多处理机系统也主要用于交互和实时场景，通常不依赖传统意义上的长程作业调度。

多处理机调度

多处理机调度：专门处理系统中存在多个物理CPU（多核/多处理器） 时的任务分配问题，包括负载均衡（让各CPU负载相近）和进程亲和性（尽量让进程在同一个CPU上运行，以利用缓存）。

单核系统只需进程调度，但多核系统必须在进程调度的基础上，增加一层分配策略来决定进程具体去哪个核心上跑。

几种队列

作业与进程的六种状态/队列

作业流程：提交 → 后备 → 运行 → 完成

选项	状态/队列名称	所属层次	存放位置	核心含义	由谁处理
B. 提交	提交状态	作业（外存）	输入井（磁盘）	用户刚把作业交给系统，正在录入，尚未获得调度资格。	输入管理程序
C. 后备	后备状态	作业（外存）	输入井（磁盘）	作业已录入完成，在磁盘排队等待调入内存。作业调度正是从这个队列挑选作业。	作业调度（高级调度）
D. 完成	完成状态	作业（外存）	输入井（磁盘）	作业运行结束（或异常终止），等待系统回收资源和输出结果。	输出管理程序 / 回收程序
F. 就绪	就绪状态	进程（内存）	内存中的就绪队列	进程已获得除CPU外的所有资源，等待分配CPU。进程调度（低级调度）正是从这个队列挑选进程。	进程调度（低级调度）
A. 运行	运行状态	进程（CPU）	CPU寄存器	进程正在CPU上执行指令。这里只有一个进程（单核），但多核可有多个。	CPU硬件 + 调度程序
E. 阻塞	阻塞状态（等待状态）	进程（内存）	内存中的等待队列	进程因等待I/O、信号量或事件而暂停执行。条件满足后会被唤醒转入就绪。	中断处理程序 / 事件完成唤醒

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关键调度对应关系（一句话记牢）

• 作业调度（宏观，只在批处理系统中有）从 C（后备） 队列中取作业放入内存。
• 进程调度（微观，所有系统都有）从 F（就绪） 队列中取进程占用CPU。

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补充理解

• 为什么“提交”不是调度队列？ 提交是作业进入系统的“门口”，系统需要对它进行格式转换、建立作业控制块（JCB），这个过程极其短暂，通常不作为调度的目标队列。
• “阻塞”与“就绪”的转换：阻塞队列不直接接受调度。当等待的事件发生（如磁盘I/O完成），进程会通过中断处理程序被移出阻塞队列，放入就绪队列，等待下一次进程调度。
• “完成”后的处理：作业完成时，系统会输出结果并回收内存、PCB/JCB等资源，随后将该作业从系统中彻底删除。

几种时间

• 到达时间（Arrival Time）：作业/进程提交给系统的时间。
• 开始运行时间（Start Time）：作业/进程第一次获得CPU开始执行的时间。
• 完成时间（Completion Time）：作业/进程彻底执行完毕的时间。
• 服务时间/运行时间（Burst Time）：进程实际占用CPU进行计算的总时长（纯干活时间）。

周转时间

这是衡量批处理系统性能最核心的指标。

• 定义：从作业提交到作业彻底完成所经过的总时间。
  - 公式：周转时间 = 完成时间 - 到达时间
• 包含内容：它包含了作业在外存排队、内存等待CPU、CPU运行、I/O等待等所有时间。用户最直观的感受就是“我把任务交给你，你多久把结果给我”。

带权周转时间

只看绝对数值会“失真”。比如：运行1秒的作业等了10秒（周转11秒），和运行10小时的作业等了1秒（周转约10小时）。虽然前者绝对时间短，但后者体验更好。

• 定义：周转时间与实际服务时间的比值。
• 公式：带权周转时间 = 周转时间 / 服务时间
• 评判标准：这个比值永远 ≥ 1。值越接近1，说明等待时间越短，系统调度越公平高效；值越大，说明进程在排队上浪费的时间远超干活的时间。

等待时间

这是衡量进程调度算法是否公平（会不会导致饥饿）的关键指标。

• 定义：进程在就绪队列中等待被调度（分配CPU）所花费的时间之和。
• 注意细节：它是累计值。进程可能会多次被调度、多次被剥夺（时间片到或I/O阻塞后唤醒重新排队），所有在就绪队列中排队等待的时间总和，才叫等待时间。
• 公式：等待时间 = 周转时间 - 服务时间（运行时间） - I/O阻塞时间（在纯CPU计算场景下，等待时间 ≈ 周转时间 - 服务时间）。

响应时间

这是衡量分时系统（如桌面PC、手机）是否流畅的生命线。

• 定义：从用户提交请求（如敲击键盘）到系统产生第一次响应（如屏幕上出现第一个回显字符）所经历的时间。
• 关键点：它不关心任务什么时候完成，只关心什么时候开始给你反馈。时间片轮转算法（RR）之所以伟大，就是因为它极大地缩短了响应时间，让用户感觉机器在“陪着自己”操作。