進程調度目標和調度方式

進程排程目標與方式概述

進程調度的目標和方式直接影響作業系統對資源的分配效率。主要目標包括公平性、高效率、平衡性、高吞吐量和策略強制執行，不同類型的作業系統對這些目標的重點有所不同。

進程調度目標

1. 公平性：確保每個進程都能公平地獲得 CPU 執行的機會，避免出現「飢餓」現象。要在保證優先權的基礎上，實現進程執行的公平性。

2. 高效率：盡可能讓 CPU 保持「忙碌」狀態，減少空閒等待時間，進而提高處理機的使用率。公式如下：

\[ \text{CPU 的使用率} = \frac{\text{CPU 有效工作時間}}{\text{CPU 有效工作時間 + CPU 空閒等待時間}} \]

1. 平衡性：系統中有不同類型的進程（如計算型和 I/O 型），調度演算法應保證 CPU 和其他資源的負載平衡，以避免資源閒置。

2. 高吞吐量：提升系統的處理能力，使每個行程的等待時間盡可能短，進而增加單位時間內完成的行程數。

3. 策略強制執行：嚴格執行預定的調度策略，包括安全策略，即使會引發某些工作延遲。

不同系統的調度目標

• 多道批次系統：重點在於有效利用系統資源，提升吞吐量並縮短平均週轉時間。

• 分時作業系統：更關注用戶的公平性和及時響應性，通常採用時間片輪轉調度演算法，頻繁的任務切換增加了系統開銷。

• 即時作業系統：確保即時進程及時回應，調度演算法的特點是可搶佔性，確保即時任務能準時執行。

• 通用作業系統：主要追求資源的使用公平性和均衡性，沒有特殊的調度要求。

進程調度方式

1. 非搶佔方式：

   • 在這種方式下，一旦進程獲得 CPU 控制權，就可以一直運行到完成或被阻塞，才將處理機交給其他進程。
     • 優點：實作簡單，系統開銷小，適合批次系統。
     • 缺點：無法應付即時任務需求，無法滿足嚴格的回應時間要求。

2. 搶佔方式：

   • 調度程序根據特定原則（如優先權、短進程優先、時間片輪轉）可以中斷正在運行的進程，將 CPU 分配給其他更需要的進程。
   • 搶佔原則：
     • 優先權原則：優先權高的行程可以中斷低優先權行程。
     • 短進程優先原則：短進程可以搶佔長進程的執行。
     • 時間片原則：每個行程都以時間片輪流佔用 CPU，時間片到則切換到下一個行程，適用於分時系統。

不同的調度方式適合不同場景，在即時系統中通常採用搶佔方式，以確保關鍵任務按時完成；在批次系統中則傾向於使用非搶佔方式，降低系統開銷。