1 处理机调度的概念

在多道程序系统中，进程的数量往往多于处理机的个数，这样不可能同时并行地处理各个进程。处理机的调度就是从就绪队列中按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程的并发执行。

2 处理机调度的方式

调度的方式：高级调度、中级调度、低级调度。

2.1 高级调度

  由于内存空间有限，有时无法将用户提交的作业全部放入内存中，因此需要确定某种规则来决定作业调入内存的顺序。
  高级调度（作业调度）：按照一定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选一个或多个作业，给他们分配内存等必要资源，并建立相应的进程（建立PCB），以使它（们）获得竞争处理机的权利。
  高级调度是外存与内存之间的调度。每个作业只调入一次，调出一次。作业调入时会建立相应的PCB，作业调出时才撤销PCB。高级调度主要是指调入的问题，因为只有调入的时机需要操作系统来确定，但调出的时机必然是作业运行结束才调出。

2.2 中极调度

  在引入虚拟存储技术之后，可以将暂时不能运行的进程调至外存等待，等它重新具备了运行条件且内存又稍有空间时，再重新调入内存。
  这样做是为了提高内存利用率和系统吞吐量。
  暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态，但是进程的PCB不会一起调到外存，而是会常驻内存。PCB中会记录进程数据在外存中的存放位置，进程状态等信息，操作系统通过内存的PCB来保持对各个进程的监控、管理。被挂起的进程PCB会被放到挂起队列中。

中级调度（内存调度），就是按照某种规则，从挂起队列中选择合适的进程将其数据重新调回内存。
一个进程可能会被多次调出、调入内存。因此中级调度发生的频率比高级调度更高

挂起和阻塞的区别：
两种状态都是暂时不能获得CPU的执行权，但是挂起状态是将进程映像调到外存去，而阻塞态下进程映像还在内存中。

  低级调度（进程调度）：其主要任务是按照某种方法和策略从就绪队列中选取一个进程，将处理机分配给它。
  进程调度是操作系统中最基本的一种调度，在一般的操作系统中都必须配置进程调度。
  进程调度的频率很高，一般几十毫秒一次。这样才能保证多进程在宏观是同时进行的。

3 处理机调度小结

4 进程调度的时机

需要进行进程调度与切换的情况：

不能进行进程调度与切换的情况：

  (1) 在处理中断的过程
  (2) 进程在操作系统的内核程序临界区，但是在普通临界区中是可以进行调度、切换的。
  (3) 在原子操作过程中。

5 进程调度的方式

  非剥夺调度方式，又称非抢占式。即只允许进程主动放弃处理机，在运行过程中即使有更紧急的任务到达，当前进程依然会继续使用处理机，直到该进程终止或要求进入阻塞态。
  实现简单，系统开销小但是无法及时处理紧急任务，适合早期批处理操作系统。
  剥夺调度方式，又称抢占式。当一个进程正在处理机上执行时，如果有一个更重要更紧急进程要使用处理机，即立即暂停正在执行的进程，将处理机分配给更重要更紧急的那个进程。
  可以优先处理更紧急的进程。也可以实现各进程按时间片轮流执行的功能（通过时钟中断）。适合分时操作系统、实时操作系统。

6 进程的切换与过程

(1) 对原来运行的进程各种数据的保存。
(2) 对新的进程各种数据的恢复（如程序计数器、程序状态字、各种数据寄存器等处理机线程信息，这些信息都是保存在程序控制块PCB中）。

由此可见，进程的切换是有代价的，因此如果进程切换调度过于频繁的话，必然会使整个系统的开销过大，效率降低。因为系统大部分时间都花在进程切换上，真正用于执行进程的时间少。

7 进程调度小结

8 调度算法的评价指标

评价指标：CPU利用率、系统吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间。

8.1 CPU利用率

  CPU利用率：指CPU忙碌的时间占总时间的比例。
  CPU利用率 = 忙碌时间 / 总时间。
  如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5s，再用打印机打印输出5s，之后再执行5s，在此过程中：
  CPU利用率=(5 + 5) / 15 = 66.67%.
  打印机利用率=5 / 15 = 33.33%.

8.2 系统吞吐量

系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量。
系统吞吐量=总共完成了多少道作业/总共花了多少时间

8.3 周转时间

  周转时间：指从作业被提交给操作系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。
  包括四个部分：作业在外存设备队列上等待作业调度（高级调度）的时间、进程在就绪队列上等待进程调度（低级调度）的时间、进程在CPU上执行的时间、进程等待I/O操作完成的时间。
  作业周转时间= 作业完成时间 – 作业提交时间
  平均周转时间 = 各作业周转时间之和 / 作业数
  带权周转时间 = 作业周转时间 / 作业实际运行时间
  平均带权周转时间 = 各作业带权周转时间之和 / 作业数

注：算例见下两篇文章。

8.4 等待时间

  等待时间：指进程或作业处于等待处理机状态时间之和。
  平均等待时间：各个进程/作业等待时间的平均值。
  对进程来说，等待时间就是指进程建立后等待被服务的时间之和。
  对于作业来说，不仅要考虑建立进程后等待的时间（进程建立时作业已经进入了内存），还要加上作业在外部存后备队列中等待的时间。