批处理作业调度算法
根据操作系统的性质，作业调度算法可以分为以下两种类型：
单道批处理作业调度算法
- 定义: 在单道批处理系统中，一次只装入并运行一个作业，作业在执行期间独占所有系统资源。待该作业执行完毕后，系统才会调度下一个作业。
- 特点:
- 作业在执行期间独占所有计算机资源。
- 系统资源利用率较低，尤其在作业进行 I/O 操作时，CPU 会出现空闲等待。
- 通常用于早期的计算机系统或资源有限的环境。
常见算法:
先来先服务算法 (FCFS)
- 定义：每次调度按照作业进入“输入井”后备作业队列的先后次序来挑选作业，优先将最先进入队列的作业调入主存，分配资源，创建进程，放入进程就绪队列准备运行。
- 特点：FCFS是一种非剥夺式调度算法，容易实现，体现了公平，但效率不高，只考虑等候时间而不考虑作业服务时间长短。
- 优点：简单，易于实现，保证公平。
- 缺点：对短作业不利，有利于长作业和CPU繁忙型作业，不利于I/O繁忙型作业。因此，FCFS作为主调度算法不常用。
短作业优先算法 (SJF)
- 定义：调度时以作业运行时间长短作为标准，从后备作业队列中选取运行时间最短的作业装入主存运行。
- 特点：优先选择短作业，有助于提高系统整体响应效率。
响应比最高者优先算法 (HRRF)
- 定义：既考虑作业等待时间，又考虑作业运行时间，计算所有作业的响应比，选择响应比最高的作业优先装入主存运行。
- 响应比公式：响应比 = (作业等待时间 + 作业运行时间) / 作业运行时间
- 特点：综合考虑等待时间和运行时间，保证公平性和高效性。
优先数调度算法
- 定义：为每个作业确定一个优先数，根据优先数的不同将作业排成多个队列，优先选取优先数最高且资源能满足的作业装入主存运行。
- 优先数确定原则：
- 对于时间要求紧迫的作业赋予较高优先数。
- 对于I/O量大的作业给予较高优先数，CPU量大的作业给予较低优先数。
分类调度算法 (均衡调度算法)
- 定义：根据系统运行情况和作业对资源的需求，先将作业分类，然后调度程序轮流从不同的作业类中挑选作业，尽可能使不同资源的作业同时执行，保证资源均衡利用。
多道批处理作业调度算法
- 定义: 在多道批处理系统中，系统支持多道程序设计，允许多个作业同时装入内存，这样可以在一个作业等待 I/O 操作时，CPU 可以调度其他作业执行，从而提高系统的资源利用率。
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特点:
- 通过多道程序设计，系统可以并发处理多个作业，提升资源利用率和系统吞吐量。
- 可以同时运行多个作业，每个作业分别使用 CPU 和 I/O 资源。
- 适用于现代多任务操作系统，能够显著提高系统性能。
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常见算法:
- 高级调度（作业调度）:
- 负责从后备作业队列中选择合适的作业装入内存，以提高系统吞吐量。
- 常用策略包括先来先服务、优先级调度、按作业大小调度等。
- 低级调度（进程调度）:
- 负责在内存中的就绪进程队列中选择下一个执行的进程。
- 常见算法包括时间片轮转、最短剩余时间优先、优先级调度等。
- 中级调度（内存调度）:
- 使用交换技术（Swapping），在内存空间不足时将部分作业移到外存，以释放内存空间。
- 负责动态调整内存中的作业数量，平衡系统负载。
两者的对比
| 特性 | 单道批处理作业调度算法 | 多道批处理作业调度算法 |
|---|---|---|
| 并发性 | 不支持，单次只执行一个作业 | 支持，多个作业可并发执行 |
| 资源利用率 | 低，CPU 经常空闲等待 | 高，充分利用 CPU 和 I/O |
| 系统复杂度 | 简单，调度策略较少 | 复杂，需要高级、中级和低级调度 |
| 适用场景 | 资源有限、任务量少的场景 | 现代多任务、多用户系统 |
| 典型算法 | 先来先服务、短作业优先、响应比最高 | 时间片轮转、优先级调度、作业调度 |
总结
- 单道批处理作业调度算法 适合资源有限的环境，较为简单，但资源利用率低，不适用于现代多任务系统。
- 多道批处理作业调度算法 能充分利用系统资源，提高 CPU 和 I/O 设备的利用率，是现代操作系统的标准设计模式。