2.1.8 调度算法的评价指标

知识总览

需要注意的是，这一部分的知识要学会计算

2.1.8.1 CPU利用率

在早期，由于CPU造价极其昂贵，因此人们会希望让CPU尽可能多地工作。由此，引出了下面的概念。

CPU利用率：指CPU“忙碌”的时间占总时间的比例。，即$利用率=\frac{忙碌的时间}{总时间}$。

在有的题目中，还会要求计算某种设备的利用率。

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，再用打印机打印输出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？

$CPU利用率=\frac{5+5}{5+5+5}=66.66$%

$打印机利用率=\frac{5}{15}=33.33$%

需要注意的是，考研中一般不会出这么简单的题目，而是会考查多道程序并发执行的情况，这时候可以利用甘特图来辅助计算。

2.1.8.2 系统吞吐量

对于计算机来说，人们总希望能用尽可能少的时间处理完尽可能多的作业。

系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量。

系统吞吐量 = $\frac{总共完成了多少道作业}{总共花了多少时间}$

某计算机系统处理完10道作业，共花费了100秒，则系统吞吐量为？

10/100 = 0.1道/秒

2.1.8.3 周转时间

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。这就是周转时间。周转时间是指作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。

其包括四个部分：作业在外存后备队列上等待作业调度的时间、进程在就绪队列上等待进程调度的时间、进程在CPU上执行的时间、进程等待I/O操作完成的时间。后三项在一个作业的整个处理过程中，可能发生多次。

作业周转时间 = 作业完成时间-作业提交时间

对于单个用户来说，更关心自己的单个作业的周转情况

平均周转时间 = $\frac{各作业周转时间之和}{作业数}$

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。

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。

这么说的话，用户如何关心自己作业在周转时间的实际表现呢？这时候就引出了带权周转时间。

带权周转时间 = $\frac{作业周转时间}{作业实际运行的时间}=\frac{作业完成时间-作业提交时间}{作业实际运行的时间}$

这样的话，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，带权周转时间小，用户满意度更高。

而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。

从公式来看，作业提交后不一定开始处理，所以分子肯定大于分母，也就是说，带权周转时间必然大于1，而且带权周转时间与周转时间都是越小越好。

平均带权周转时间 = $\frac{各作业带权周转时间之和}{作业数}$

相信上面的概念不好理解，我们下面用几个计算例子来理解：

设有三道作业，它们的提交时间和运行时间见下表:

作业号	提交时间/时	运行时间/h
1	10:00	2
2	10:10	1
3	10:25	0.25

注：为计算方便，“时”均为十进制。

试给出在下面两种调度算法下，作业的执行顺序、平均周转时间和带权周转时间。

1. 先来先服务(FCFS)调度算法
2. 短作业优先(SJF)调度算法

采用FCFS调度算法时，作业的执行顺序是作业1->作业2->作业3，根据题意可得下表：

作业号	提交时刻/时	运行时间/h	开始时刻/时	完成时刻/时
1	10:00	2	10:00	12:00
2	10:10	1	12:00	13:00
3	10:25	0.25	13:00	13:15

那么，由公式可得：

$平均周转时间=\frac{各作业周转时间之和}{作业数}=[(12-10)+(13-10:10)+(13:25-10:25)]/3=2.55h$

$平均带权周转时间=\frac{各作业带权周转时间之和}{作业数}=[(12-10)/2+(13-10:10)/1+(13.15-10.25)/0.25]/3=5.05h$

采用SJF调度算法时，作业的执行顺序是作业1->作业3->作业2，根据题意可得下表：

作业号	提交时刻/时	运行时间/h	开始时刻/时	完成时刻/
1	10:00	2	10:00	12.00
2	10:10	1	12:15	13:15
3	10:25	0.25	12:00	12:15

那么，由公式可得：

$平均周转时间=[(12-10)+(13:15-10:10)+(12:15-10:25)]/3=[2+3.08+1.83]/3=2.3h$

$带权平均周转时间=(2/2+3.08/1+1.83/0.25)/3=3.8h$

2.1.8.4 等待时间

计算机的用户希望自己的作业尽可能少的等待处理机。

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。

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。

一个作业作业总共需要被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。

2.1.8.5 响应时间

对于计算机用户来说，会希望自己提交的请求（比如通过键盘输入了一个调试指令）尽早地开始被系统服务、回应。由此引出了响应时间的概念：

响应时间，指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

2.1.8.6 小结