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总结
- 操作系统分为三种批处理系统、交互式(分时)系统、实时系统
- 所有系统都需要考虑的是公平、策略强制执行、平衡
- 批处理系统需要考虑的是吞吐量、周转时间、CPU利用率
- 分时系统需要满足的是响应时间、均衡性
- 实时系统需要满足的是满足截止时间，可预测性
概念
系统性能指标
- 公平：给每个进程公平的CPU份额
- 策略强制执行：保证规定的策略被执行
- 平衡：保证系统的所有部分都忙碌
- 吞吐量：一定时间段完成的作业数
- 周转时间：从提交任务到任务完成的时间，包括分为服务时间和等待时间
- CPU利用率：反映CPU忙碌程度的量
- 响应时间：从发起请求到接收到响应的时间。类似的有往返时间RTT(Round-Trip Time)，往返时间是数据完全发送完（完成最后一个比特推送到数据链路上）到收到确认信号的时间，RTT时延包括发生(传输)时延、传播时延、排队时延、处理时延)。处理时延包括在路由器和交换机上面的时延和应用程序的处理时延
- 均衡性：满足用户的期望
- 满足截止时间：实时系统有时任务不在截止时间之内完成任务就会出现很大问题，如胰岛素自动注射系统，如果不在截止时间内完成任务，可能会出现生命危险
- 可预测性：在多媒体系统需要稳定的传输速率，否则视频一卡一卡的
与执行任务相关的时间
- 到达时间：任务到达时刻（时间点）
- 服务时间：任务总共执行时间（时间段）
- 等待时间：从任务到达后到开始服务之间的时间段
- 开始时间：任务开始执行时刻（时间点）
- 完成时间：任务完成时刻（时间点）
- 周转时间：任务从到达到完成之间时间（时间段）
- 带权周转时间：周转时间/服务时间
批处理系统进程调度算法
- 先来先服务FCFS(First-Come First-Served)：先来先服务是非抢占式的，进程按照请求CPU的时间顺序排队使用CPU，即使有些任务运行时间非常长，也不会中断该任务，优点是公平，CPU利用率高，不用发生太多进程切换，缺点是效率低，当出现IO密集型和CPU密集型两个任务时，如果使用分时算法可以在IO密集型作业等待时执行CPU密集型作业，在IO密集型作业准备好后执行以下IO密集型作业
- 最短作业优先SJF(Shortest Job First)：非抢占式的，当执行长任务即使来了个短任务也会把长任务执行完
- 最短剩余时间优先(Shortest Remaining Time Next)：抢占式的，总是选择最短剩余时间的任务执行，这样当执行一个长任务来了一个短任务，短任务会直接抢占执行
- 最高响应比优先算法HRN(Highest Response Ratio Next)：响应比 = 等待时间 + 服务时间 / 服务时间，则当小任务和大任务一起到达时，小任务响应比较高先执行，如果大任务等待过久，也可以获得比较高的响应比，也可以执行，不会存在饥饿的情况
交互式(分时)系统进程调度算法
- 轮转调度RR(round robin)：每个进程被分配一个时间片，在这个时间片内该进程可以使用CPU，当然如果等待IO也可以提前释放CPU
- 优先级调度：不同进程可能执行的不同重要程度的任务，优先级高的进程会先运行，当优先级高的进程使用完一个时间片后，优先级会降低，一种简单的算法是分配一个比较大的时间片T=50ms，如果一个进程需要使用的时间为t=1ms，则其优先级为50，如果一个进行需要使用时间t=25ms，则其优先级为2，即T/t
- 多级队列：将队列分级，每个队列的时间片大小不同，一开始任务都在第一级，用完时间片后如果任务还没完成，则调入优先级低一级的队列，优先级低一级的队列所分的时间片是高一级的两倍，但是只有优先级高的队列空了才会执行低优先级队列中的任务
- 最短进程优先：可以保证响应时间短，但是可能长进程饥饿
- 保证调度：保证用户进程使用CPU的比率
- 彩票调度(lottery scheduling)：使用随机算法，当抽奖抽中的进程可以使用时间片
- 公平分享调度：不再按进程数量区分，而是按用户分时间片，如果一个用户有很多进程，它也不会额外占用很多CPU时间
实时系统进程调度算法
实时系统一般都引入截止时间，作为优先级调度的依据
- 最早截止期优先EDF(Earliest Deadline First)
- SCAN-EDF是先按照最早截止期优先，相同截止时间按照SCAN扫描算法，扫描算法是最常用电梯算法，规定一个方向，只有方向上的请求都满足的，或者到头了才调转方向
- FD-SCAN(Feasible Deadline SCAN)算法，首先从请求队列中找出时限最早，从当前位置开始移动又可以满足其时限要求的请求，作为下一次SCAN的方向，如果从当前位置移动过去还是不能满足要求，就放弃该任务
参考
《 现代操作系统 》
