王道操作系统笔记，视频链接：2.2.3 调度的目标（调度算法的评价指标）

知识总览

调度算法的评价指标：（理解为什么这么设计指标，以及如何计算指标）

1. CPU利用率
2. 系统吞吐量
3. 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
4. 等待时间
5. 响应时间

CPU利用率

1. 由于早期的CPU造价及其昂贵，因此人们会希望让CPU尽可能多地工作
2. CPU利用率：指CPU“忙碌”的时间占总时间的比例。
   $$利用率=\frac{忙碌的时间}{总时间}$$
3. Eg：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？
   • CPU利用率=$\frac{5+5}{5+5+5}$=66.66%
   • 打印机利用率=$\frac{5}{15}$=33.33%
   • 注意：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。

系统吞吐量

1. 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
2. 系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量
   $$系统吞吐量=\frac{总共完成了多少道作业}{总共花了多少时间}$$
3. Eg：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？
   • 系统吞吐量=$\frac{10}{100}$=0.1道/秒

周转时间

1. 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。
2. 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。
3. 它包括四个部分：
   • ①作业在外存后备队列上等待作业调度（高级调度）的时间
   • ②进程在就绪队列上等待进程调度（低级调度）的时间（进程处于就绪态的时间）
   • ③进程在CPU上执行的时间（进程处于运行态的时间）
   • ④进程等待I/O操作完成的时间（进程处于阻塞态的时间）
   • PS：后三项在一个作业的整个处理过程中，可能发生多次。（第一项只有一次作业调度）
4. • 作业周转时间 = 作业完成时间 - 作业提交时间
     PS：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 = $\frac{各作业周转时间之和}{作业数}$
     PS：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。
5. • 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：自助餐排队就餐，排队五分钟，就餐半小时和排队半小时，就餐五分钟的体验绝对是不一样的。
   • 相同周转时间的情况下，作业实际运行时间越长，用户体验越好
6. 带权周转时间 = $\frac{作业周转时间}{作业实际运行的时间}$ = $\frac{作业完成时间-作业提交时间}{作业实际运行的时间}$
   平均带权周转时间 = $\frac{各作业带权周转时间之和}{作业数}$
   • 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
7. • 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。

等待时间

1. 计算机的用户希望自己的作业尽可能少的等待处理机
2. 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。
   • 作业在后备队列等待被服务（调度）
   • 作业调入内存后，建立对应的进程。这个进程会被CPU服务、会被I/O设备服务，当然也会有等待被服务的时候。
3. • 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。
     PS：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。

响应时间

1. 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。
2. 响应时间，指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

知识回顾与重要考点