考研全科复习资料

408

操作系统

CPU调度概念与调度准则

一、定位信息

所属圈层：核心层
前置知识：了解进程状态与状态转换（OS-02-02），了解进程切换（OS-02-03）
知识网络位置：本单元是调度算法（OS-02-07）的理论基础，掌握调度准则才能理解各算法的优劣
考点热度等级：H级（高频重点）——调度性能指标的计算几乎每年必考

二、知识点讲解

2.1 CPU调度的概念

CPU调度（又称进程调度/低级调度）是OS从就绪队列中选择一个进程，将CPU分配给它的过程。调度发生的时机包括：

运行进程终止
运行进程阻塞（如I/O请求）
时间片用完
更高优先级进程到达（抢占式调度）

2.2 调度方式

方式	说明	特点
非抢占式（Non-preemptive）	进程获得CPU后一直运行直到终止或阻塞	简单，但响应时间长
抢占式（Preemptive）	OS可以剥夺正在运行进程的CPU	响应快，但切换开销大

注意：批处理系统常用非抢占式，分时系统和实时系统必须用抢占式。

2.3 调度的层次

层次	调度对象	频率	功能
高级调度（作业调度）	作业	低（分钟级）	从外存选择作业调入内存
中级调度（内存调度）	进程	中（秒级）	将进程挂起/解除挂起，管理内存
低级调度（进程调度）	进程	高（毫秒级）	从就绪队列选择进程分配CPU

2.4 调度性能指标

指标	定义	计算公式
CPU利用率	CPU忙碌时间占总时间的比例	$\text{CPU利用率} = \frac{\text{CPU工作时间}}{\text{总时间}}$
系统吞吐量	单位时间内完成的作业数	$\text{吞吐量} = \frac{\text{完成作业数}}{\text{总时间}}$
周转时间	作业从提交到完成的总时间	$T = T_{\text{完成}} - T_{\text{提交}}$
等待时间	进程在就绪队列中等待的总时间	$T_{\text{等待}} = T_{\text{周转}} - T_{\text{执行}} - T_{\text{I/O}}$
响应时间	从请求提交到首次响应的时间	$T_{\text{响应}} = T_{\text{首次运行}} - T_{\text{提交}}$

带权周转时间： $W = \frac{T_{\text{周转}}}{T_{\text{执行}}}$ ， $W \geq 1$ ，越接近1越好。

2.5 调度准则对比表

准则	面向	优化目标	适用场景
最大CPU利用率	系统	充分利用CPU	批处理系统
最大吞吐量	系统	完成尽可能多的作业	批处理系统
最小周转时间	用户	作业尽快完成	批处理系统
最小等待时间	用户	减少等待	通用系统
最小响应时间	用户	尽快响应	交互式/分时系统

三、记忆与理解辅助

口诀记忆性能指标："利吞周等响"——CPU利用率、吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间
带权周转时间公式： $W = \frac{周转时间}{执行时间}$ ， $W \geq 1$ ，越小越好
周转时间 = 等待时间 + 执行时间 + I/O时间
抢占式 vs 非抢占式一句话：抢占式"随时能抢"，非抢占式"用完才让"

四、例题与精解

例题1（基础巩固）

题目：某作业提交时间为0，执行时间为4，完成时间为10，则该作业的周转时间和带权周转时间分别为（）

A. 10, 2.5 B. 6, 1.5 C. 10, 0.4 D. 6, 2.5

命题意图：考查周转时间和带权周转时间的计算。

精解：

审题分析：提交时间=0，执行时间=4，完成时间=10
解题思路：周转时间=完成时间-提交时间，带权周转时间=周转时间/执行时间
完整步骤：
- 周转时间 = 完成时间 - 提交时间 = 10 - 0 = 10
- 带权周转时间 = 周转时间 / 执行时间 = 10 / 4 = 2.5
- 结果：周转时间=10，带权周转时间=2.5
方法反思：注意区分"执行时间"和"周转时间"——执行时间是CPU实际工作时间，周转时间是从提交到完成的总时间（包含等待时间）

答案：A

例题2（中等提升）

题目：以下关于CPU调度的描述，错误的是（）

A. 抢占式调度比非抢占式调度的系统开销大 B. 分时系统必须采用抢占式调度 C. 中级调度的频率高于低级调度 D. 周转时间包含了进程的等待时间

命题意图：考查调度方式和调度层次的理解。

精解：

审题分析：题目要求选出"错误"的描述
解题思路：逐项分析调度的基本概念
完整步骤：
- A选项：正确。抢占式调度需要频繁保存/恢复上下文，开销更大
- B选项：正确。分时系统要求及时响应用户，必须采用抢占式调度
- C选项：错误。低级调度（进程调度）的频率最高（毫秒级），中级调度频率低于低级调度
- D选项：正确。周转时间 = 等待时间 + 执行时间 + I/O时间
方法反思：三级调度的频率关系：低级 > 中级 > 高级

答案：C

五、考情分析

考查频次：近5年约4–5次
常见题型：选择题，偶尔在综合题中计算指标
分值占比：2分/题（选择题），综合题中5–8分
命题趋势：性能指标（特别是周转时间和带权周转时间）的计算是必考内容，常与具体调度算法结合出题

六、易错点提醒

错误表现：将周转时间和执行时间混淆 错误原因：两者都涉及"时间" 正确理解：执行时间是CPU实际工作的时间，周转时间是从提交到完成的全部时间（含等待和I/O）
错误表现：认为带权周转时间可以小于1 错误原因：忽略了周转时间 ≥ 执行时间 正确理解：带权周转时间 = 周转时间/执行时间，周转时间至少等于执行时间，所以 $W \geq 1$
错误表现：认为非抢占式调度比分时系统更适合交互式应用 错误原因：忽略了交互式系统对响应时间的要求 正确理解：非抢占式调度可能导致一个长作业长期占用CPU，其他交互式请求得不到响应

七、来源标注

依据2026考研统考408大纲
依据《计算机操作系统》（汤小丹/汤子瀛版）第3章
依据《操作系统概念》（Silberschatz版）第5章

408 ​

操作系统 ​

CPU调度概念与调度准则 ​

一、定位信息 ​

二、知识点讲解 ​

2.1 CPU调度的概念 ​

2.2 调度方式 ​

2.3 调度的层次 ​

2.4 调度性能指标 ​

2.5 调度准则对比表 ​

三、记忆与理解辅助 ​

四、例题与精解 ​

例题1（基础巩固） ​

例题2（中等提升） ​

五、考情分析 ​

六、易错点提醒 ​

七、来源标注 ​

408