处理器调度详解：高级中级低级算法对比与作业调度计算

在第10讲中，处理机调度是操作系统中的关键环节，用于有效地管理和分配计算机系统的中央处理器(CPU)资源。它涉及到高级调度、中级调度和低级调度三个层次，这些调度策略旨在提高系统效率，平衡各种性能指标。 首先，高级调度，也称作业调度，发生在作业级别，负责决定哪个作业应进入内存并获得CPU处理时间。中级调度，即进程调度，发生在进程级别，决定哪个进程应占用CPU。低级调度，又称线程调度，涉及CPU内核中处理器的分配，如执行上下文切换等。这三者之间存在着密切的关联，共同确保了系统的并发性和资源利用率。 处理机调度算法的性能评价主要包括以下几个方面： 1. **CPU利用率**：衡量CPU被有效使用的程度，理想情况下越高越好。 2. **周转时间**：一个作业从提交到完成所经历的时间，反映系统处理效率。 3. **响应时间**：从用户请求到系统响应所需的时间，对交互式系统尤为重要。 作业通常处于三种基本状态：等待（就绪）、运行和完成。这些状态与进程的就绪、运行和终止状态相类似，反映了作业在系统中的生命周期。在单道批处理环境中，调度算法如先来先服务(FCFS)、最短作业优先(SJF)和最高响应比优先(HRRN)用于决定作业的执行顺序，计算不同算法下的平均周转时间和带权周转时间。例如，对于给定的四个作业，通过具体数值计算可以展示不同算法如何影响这些指标。 在证明短作业优先算法能最小化平均周转时间时，通常会考察调度算法如何优化系统资源分配，使得平均等待时间减少。当n个同时到达的作业按照运行时间长短进行调度时，短作业优先法确保了较短的作业能够尽快完成，从而降低所有作业的平均周转时间。 最后，处理机调度还与系统架构密切相关。传统分时系统如大型主机配合终端，与现代云计算环境下的分布式系统有着显著区别。在分时系统中，调度算法的设计要考虑资源限制，而在云环境中，网络延迟和可扩展性成为新的挑战。总体而言，处理机调度是一项复杂而重要的任务，需要根据系统特性和应用场景灵活调整算法以优化系统性能。