操作系统中的调度算法与性能衡量

"调度算法性能的衡量-操作系统（第二版）" 在操作系统中，调度算法的性能是衡量系统效率的关键指标。调度算法的主要目标是有效地分配处理机时间，确保系统能够高效地服务于各种类型的任务。本文将深入探讨调度算法的衡量标准，并结合操作系统的基础概念进行分析。 首先，调度算法的一个重要指标是周转时间(Turnaround Time)，它表示一个作业从提交到完成的总时间。对于作业Ji，周转时间Ti等于其结束时间Ei减去进入输入井的时间Si。为了评估整个系统的表现，我们通常会计算批作业的平均周转时间T，即所有n个作业周转时间的总和除以作业数。 操作系统是计算机系统的核心，它的主要职责包括处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络与通信管理以及用户接口。操作系统通过提供系统调用来扩展机器功能，使得用户能够以更加便捷的方式与硬件交互。并发性、共享性、异步性和虚拟性是操作系统的四大基本特性。 并发性使得多个任务可以同时在CPU上执行，虽然实际上可能是交替进行，但看起来它们是在同一时刻运行。共享性则允许资源被多个进程同时使用，而异步性意味着进程的执行顺序可能无法预测，因为它们可能会受到其他进程或外部事件的影响。虚拟性则是通过资源抽象和时间片轮转等技术，使得用户感觉拥有比实际更多的资源。 多道程序设计是操作系统的核心理念，它允许多个程序同时存在于内存中，提高了硬件的利用率。从宏观上看，多道程序设计使得系统看起来同时在处理多个任务；从微观上看，CPU在多个任务之间快速切换。引入多道程序设计的主要好处包括提高资源利用率、减少系统空闲时间和提高响应速度。 操作系统根据不同的应用需求，可以分为批处理、分时和实时操作系统。批处理系统适合大量无交互性的作业，分时系统则让多个用户可以同时通过终端与系统交互，而实时系统则要求在严格的时限内完成任务。 在用户界面中，系统调用是用户程序与操作系统交互的桥梁。例如，当用户请求打开一个文件时，用户界面会通过系统调用请求操作系统的服务，操作系统接收到请求后，会处理文件操作，然后将结果返回给用户界面。 在处理中断，如磁盘I/O中断时，CPU会暂停当前执行的指令，保存状态，然后执行中断处理程序。中断处理完成后，恢复之前的状态，继续执行被打断的程序。这种机制确保了系统能及时响应外部事件，同时保持程序的正常执行。 引入进程是为了更好地管理并发执行的程序。进程具有动态性、并发性、独立性和异步性，是操作系统中执行的基本单元。进程可以处于就绪、运行或等待状态，它们之间的关系复杂，可能因资源共享和协作而产生同步和互斥问题。 调度算法的性能衡量涉及周转时间等关键指标，而操作系统通过多道程序设计、并发性等特性提供了高效的任务处理能力。理解这些概念对于优化系统性能和设计高效的操作系统至关重要。