计算机操作系统（十一）调度器/调度程序，闲逛调度与调度算法的评价指标

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前言

• 在上一篇博客中，我们探讨了调度的概念与层次体系，以及进程调度的触发时机和进程调度方式。
• 本篇博客将进一步深入剖析调度器（又称调度程序）、闲逛调度机制，同时解析调度算法的核心评价指标。

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一、调度程序

（一）什么是调度程序？

就像班主任给学生安排考试顺序一样，调度程序是操作系统里专门负责分配CPU资源的"管家"，它的核心工作是决定接下来让哪个进程使用CPU。

（二）哪些情况会触发调度程序工作？

1. 创建新进程

• 比如你打开一个新的游戏软件，系统就会创建一个新进程。
• 这时候调度程序需要考虑：是马上让新进程运行，还是让它排队等待？

2. 进程退出
   当一个进程完成任务退出时，比如你关闭了正在看的视频软件，调度程序就会重新分配CPU资源，让其他等待的进程有机会运行。

3. 运行进程阻塞

• 当一个进程需要等待输入输出（比如等待用户键盘输入、读取文件数据），这时候进程会暂时"停住"，调度程序就会让其他进程先运行。

4. I/O中断发生

• 比如打印机完成打印任务后向系统发送信号，这种突发的I/O事件会打断当前进程，触发调度程序重新选择下一个运行的进程

（三）两种调度策略的区别

• 非抢占式调度（温柔的管家）
  只有当前进程主动"放手"（阻塞或退出）时，调度程序才会安排新进程。就像餐厅厨师必须做完当前顾客的菜，才会处理下一个订单，不会中途打断正在做的菜。

• 抢占式调度（严格的管家）
  会定时打断当前进程（比如每10个时钟周期），强制切换任务。类似老师规定每个学生每10分钟必须交换一次做的题目，确保每个人都有机会练习，防止某个学生一直占用时间。

二、闲逛调度：

• 当所有进程都在等待（比如都在阻塞状态），没有可运行的任务时，调度程序会启动一个特殊的"闲逛进程"。

比如：

• 电脑待机时，屏幕保护程序开始运行，此时CPU并没有完全空闲，而是在执行这个轻量级的闲逛进程。
• 它的作用是让CPU保持运行状态，随时准备响应新的任务，就像商店里没有顾客时，店员会整理货架保持待命，而不是关门休息。

三、调度算法的评价指标：

（一）CPU利用率：

• 定义：CPU真正在处理任务的时间占总时间的比例。
• 例子：如果一天24小时里，CPU有20小时在处理程序，4小时在空闲，利用率就是20/24≈83.3%。
• 目标：越高越好，但不能过度压榨（比如避免所有进程排队等待导致死机）。

（二）系统吞吐量：

• 定义：单位时间内完成的进程数量。
• 例子：餐厅一小时内完成100份套餐和完成50份套餐，前者吞吐量更高。调度算法好的系统，就像高效的餐厅，能更快处理更多任务。

（三）周转时间：

• 定义：从进程创建到完成的总时间。
  • 不带权周转时间：直接计算总耗时，比如外卖从下单（进程创建）到送达（完成）用了30分钟。
  • 带权周转时间：总耗时除以进程实际运行时间（考虑等待时间的影响）。比如外卖制作花了10分钟，等待配送花了20分钟，带权周转时间就是30/10=3（表示等待时间是运行时间的2倍）。
• 目标：平均周转时间越小越好，让每个任务尽快完成。

（四）等待时间：

• 定义：进程在就绪队列中等待被CPU处理的总时间（不包括运行时间）。
• 例子：外卖在厨房排队等待厨师制作的时间，就是等待时间。调度算法差的系统，可能让外卖长时间排队，导致等待时间过长。

（五）响应时间：

• 定义：从用户提交请求到系统首次响应的时间。
• 例子：你点击鼠标打开网页，到浏览器开始显示第一个页面的时间，就是响应时间。即使最终完成需要较长时间，快速的首次响应也能让用户感觉系统更流畅。

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以上就是对本次关于操作系统博客内容的总结，后续我们将深入探讨操作系统更多知识。

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