[科普中国]-作业周期控制

简介

在操作系统，作业控制一般分为联机作业控制和脱机作业控制，作业周期控制是对脱机作业控制中作业周期进行控制。脱机作业控制，用户把他对作业运行的控制意图，连同源程序和操作数据，甚至包括发生故障时的处理手段一起输入到系统中，由系统根据其意图来控制整个作业的运行。

相应地，系统将作业的生命周期分为四个阶段：进入阶段、调度阶段、运行阶段撤离阶段，对应地，作业也有进入、后备、运行和撤离四个状态。分别有四个进程建议控制，从作业进入系统起，其状态的转变及其过程都由系统加以控制，用户与操作员均无需干预。1在作业的生命周期四个阶段中，作业周期控制主要作用在调度阶段，这影响到一个作业要多长时间才能完成。因此，作业周期控制与作业调度密切相关。

作业调度概述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。1) 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。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。2

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。