[科普中国]-作业周期

简介

作业周期是指作业从提交到释放所花的时间。在计算机中，系统将作业的生命周期分为四个阶段：进入阶段、调度阶段、运行阶段和撤离阶段，对应地，作业也有进入、后备、运行和撤离四个状态1。在作业周期的四个阶段中，最重要的是作业调度阶段，它是影响作业周期长短的关键。作业周期还与作业的类型和作业优先级有关。一般短作业周期短，长作业周期较长。

优先级优先级是指计算机分时操作系统在处理多个作业程序时，决定各个作业程序接受系统资源的优先等级的参数。各个作业在输入计算机之前，都要按一定的要求对它指定优先级。例如要按程序的性质或其长度，或是按作业的来源等，指定其优先级。然后计算机根据各作业程序优先级的高低，来决定处理各作业的先后次序。甚至在处理过程中，还能允许优先级较高的作业中断优先级较低的作业。进程也是有优先级的。如果即将被运行的进程的优先级比正在运行的进程的优先级高，则系统可以强行剥夺正在运行的进程的CPU，让优先级高的进程先运行。

作业调度作业调度的主要功能是根据作业控制块中的信息，审查系统能否满足用户作业的资源需求，以及按照一定的算法，从外存的后备队列中选取某些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源。然后再将新创建的进程插入就绪队列，准备执行。因此，有时也把作业调度称为接纳调度(Admission Scheduling)。

对用户而言，总希望自己作业的周转时间尽可能的少，最好周转时间就等于作业的执行时间。然而对系统来说，则希望作业的平均周转时间尽可能少，有利于提高 CPU 的利用率和系统的吞吐量。为此，每个系统在选择作业调度算法时，既应考虑用户的要求，又能确保系统具有较高的效率。在每次执行作业调度时，都须做出以下两个决定。

决定接纳多少个作业作业调度每次要接纳多少个作业进入内存， 取决于多道程序度(Degree of Multiprogramming)，即允许多少个作业同时在内存中运行。当内存中同时运行的作业数目太多时，可能会影响到系统的服务质量，比如，使周转时间太长。但如果在内存中同时运行作业的数量太少时，又会导致系统的资源利用率和系统吞吐量太低，因此，多道程序度的确定应根据系统的规模和运行速度等情况做适当的折衷。2

决定接纳哪些作业应将哪些作业从外存调入内存，这将取决于所采用的调度算法。最简单的是先来先服务调度算法，这是指将最早进入外存的作业最先调入内存；较常用的一种算法是短作业优先调度算法，是将外存上最短的作业最先调入内存；另一种较常用的是基于作业优先级的调度算法，该算法是将外存上优先级最高的作业优先调入内存；比较好的一种算法是“响应比高者优先”的调度算法。

常见调度算法先来先服务

先来先服务（FCFS, First Come First Serve）是最简单的调度算法，按先后顺序进行调度。

定义：按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序，分派CPU；当前作业或进程占用CPU，直到执行完或阻塞，才出让CPU（非抢占方式）。在作业或进程唤醒后（如I/O完成），并不立即恢复执行，通常等到当前作业或进程出让CPU。适用场景：比较有利于长作业，而不利于短作业。有利于CPU繁忙的作业，而不利于I/O繁忙的作业。

轮转法

轮转法(Round Robin)是让每个进程在就绪队列中的等待时间与享受服务的时间成正比例。定义：将系统中所有的就绪进程按照FCFS原则，排成一个队列。每次调度时将CPU分派给队首进程，让其执行一个时间片。时间片的长度从几个ms到几百ms。在一个时间片结束时，发生时钟中断。调度程序据此暂停当前进程的执行，将其送到就绪队列的末尾，并通过上下文切换执行当前的队首进程。进程可以未使用完一个时间片，就出让CPU（如阻塞）。时间片长度变化的影响：

过长－>退化为FCFS算法，进程在一个时间片内都执行完，响应时间长。

过短－>用户的一次请求需要多个时间片才能处理完，上下文切换次数增加，响应时间长。

对响应时间的要求：T(响应时间)=N(进程数目)*q(时间片)

就绪进程的数目：数目越多，时间片越小

系统的处理能力：应当使用户输入通常在一个时间片内能处理完，否则使响应时间，平均周转时间和平均带权周转时间延长。

多级反馈队列

多级反馈队列算法(Round Robin with Multiple Feedback)是轮转算法和优先级算法的综合和发展。定义：设置多个就绪队列，分别赋予不同的优先级，如逐级降低，队列1的优先级最高。每个队列执行时间片的长度也不同，规定优先级越低则时间片越长，如逐级加倍。新进程进入内存后，先投入队列1的末尾，按FCFS算法调度；若按队列1一个时间片未能执行完，则降低投入到队列2的末尾，同样按FCFS算法调度；如此下去，降低到最后的队列，则按“时间片轮转”算法调度直到完成。仅当较高优先级的队列为空，才调度较低优先级的队列中的进程执行。如果进程执行时有新进程进入较高优先级的队列，则抢先执行新进程，并把被抢先的进程投入原队列的末尾。