调度算法的评价指标

在操作系统中，调度算法的目标是合理分配处理机资源。为了比较不同调度算法的优劣，需要引入一系列 评价指标，从系统效率和用户体验等多个角度进行衡量。

一、CPU 利用率（CPU Utilization）

1. 定义

CPU 利用率 指 CPU 处于忙碌状态的时间占总运行时间的比例，用于衡量 CPU 资源是否被充分利用。

2. 示例说明

条件：

• 单道程序系统
• 作业执行过程：
  • CPU 执行 5 秒
  • 打印机 I/O 5 秒
  • CPU 再执行 5 秒
• 总耗时：15 秒

3. 计算

4. 结论

• 在单道程序系统中，I/O 操作会导致 CPU 空闲
• 多道程序设计的一个重要目标就是 提高 CPU 利用率

二、系统吞吐量（Throughput）

1. 定义

系统吞吐量 指单位时间内系统完成的作业数量，是衡量系统整体处理能力的重要指标。

单位通常为：道 / 秒

2. 评价标准

• 吞吐量 越大越好
• 更适合用于：
  • 批处理系统
  • 高负载服务器环境

三、周转时间（Turnaround Time）

1. 定义

周转时间 指从作业提交给系统开始，到作业完成为止所经历的总时间。

2. 周转时间的组成

一个作业的周转时间通常包括以下几部分：

1. 高级调度等待时间
   • 作业在外存后备队列中等待的时间（只发生一次）
2. 低级调度等待时间（就绪态）
   • 进程在就绪队列中等待 CPU 的时间（可能多次）
3. 运行态时间
   • 进程在 CPU 上实际执行的时间
4. 阻塞态时间
   • 进程等待 I/O 操作完成的时间（可能多次）

后三种状态在作业执行过程中可能反复出现。

四、带权周转时间（Weighted Turnaround Time）

1. 定义

带权周转时间 用于消除作业运行时间差异带来的影响，是对周转时间的进一步修正。

2. 性质与评价

• 带权周转时间 恒大于 1
• 越小越好
• 更能反映用户的真实体验

3. 对比分析

• 周转时间相同：
  • 实际运行时间越长 → 带权周转时间越小 → 用户满意度越高
• 运行时间相同：
  • 周转时间越短 → 带权周转时间越小 → 用户满意度越高

五、等待时间（Waiting Time）

1. 定义

等待时间 指进程或作业 处于等待 CPU 状态的时间之和。

2. 对进程的等待时间

• 仅统计：
  • 进程创建后
  • 等待 CPU 调度的时间
• 不包括：
  • 等待 I/O 完成的时间（I/O 期间进程正在被服务）

3. 对作业的等待时间

作业的等待时间包括：

• 在外存后备队列中的等待时间
• 进程建立后的就绪等待时间

4. 关键结论

• 作业/进程的 CPU 执行时间和 I/O 时间通常是固定的
• 不同调度算法主要影响的是：
  • 等待时间
• 等待时间越短，用户满意度越高

六、响应时间（Response Time）

1. 定义

响应时间 指从用户提交请求开始，到系统 首次产生响应 所经历的时间。

2. 适用场景

• 交互式系统
• 分时系统
• 实时性要求较高的应用

3. 评价标准

• 响应时间 越短越好
• 对用户主观体验影响极大

七、小结

不同调度算法往往在不同指标之间进行权衡，不存在在所有指标上都最优的调度算法。