有效工作时间

处理机真正用于处理或计算的时间

在计算机系统中，CPU运行速度与辅存及外设运行速度不在一个数量级，所以CPU运行一段时间以后等待辅存或外设的数据。有效工作时间是指处理机真正用于处理程序或计算时间；或者指进程或作业真正被处理机运行的时间。提高处理机有效工作时间措施一般有：使外设和处理机并行工作；优化进程任务调度。

简介

在计算机中，有效工作时间是指处理机真正用于处理程序或计算时间；或者指进程或作业真正被处理机运行的时间。也可以用CPU利用率来说明。CPU真正用于处理程序和数据的时间很少，主要是因为速度不匹配。在内存-处理机级中，常见的做法是增加缓存，来弥补速度之间的差别。CPU与辅存或外设速度差别太大了，一般采取的措施使二者并行，尽量减少主机对 I/O 控制的干预，把主机从繁杂的 I/O 控制事务中解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。常见的方法如DMA。还有一种措施是改进进程的调度策略，使更多进程得到运行，从而增加有效工作时间。

调度

在多道程序环境下，主存中有着多个进程，其数目往往多于处理机数目。这就要求系统能按某种算法，动态地把处理机分配给就绪队列中的一个进程，使之执行。分配处理机的任务是由处理机调度程序完成的。由于处理机是最重要的计算机资源，提高处理机的利用率及改善系统性能(吞吐量、响应时间)，在很大程度上取决于处理机调度性能的好坏，因而，处理机调度便成为操作系统设计的中心问题之一。

调度在计算机中是分配工作所需资源的方法。资源可以指虚拟的计算资源，如线程、进程或数据流；也可以指硬件资源，如处理器、网络连接或扩展卡。

进行调度工作的程序叫做调度器。调度器通常的实现使得所有计算资源都处于忙碌状态（在负载均衡中），允许多位用户有效地同时共享系统资源，或达到指定的服务质量。调度是计算自身的基础，同时也是编程语言计算模型固有的部分。调度器使得在单处理器上通过多任务处理，从而让执行多个进程成为可能。

调度器可能会针对不同的目标设计，例如：吞吐率最大化、响应时间最小化、最低延迟[1]、或最大化公平。在实践中，这些目标通常是互相冲突的，因此，调度器会实现一个权衡利弊的折中方案，而侧重点则可能是前文提到的任何一种，这取决于用户的需求和目的。

调度算法可分为：

事件驱动调度算法：根据事件的先后以及任务的优先级安排任务的执行。如先来先服务调度算法。

时钟驱动调度算法：一般用于周期任务。如基于时间片的轮转调度算法，多级反馈队列调度算法。

事件驱动调度：依赖外部硬件设备，通过产生中断方式为任务调度提供信号。分两种，集成事件驱动调度：中断的优先级与任务的优先级相对应，中断只有在其优先级高于正在执行的任务时才会被处理器响应。非集成事件驱动调度：任务通过外部中断启动，中断优先级与相关任务优先级没有关系。

DMA

直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）是计算机科学中的一种内存访问技术。它允许某些电脑内部的硬件子系统（电脑外设），可以独立地直接读写系统内存，而不需中央处理器（CPU）介入处理。在同等程度的处理器负担下，DMA是一种快速的数据传送方式。很多硬件的系统会使用DMA，包含硬盘控制器、绘图显卡、网卡和声卡。

虽然中断驱动I/O 比程序 I/O 方式更有效，但须注意，它仍是以字(节)为单位进行 I/O的，每当完成一个字(节)的 I/O 时，控制器便要向 CPU 请求一次中断。换言之，采用中断驱动 I/O 方式时的 CPU 是以字(节)为单位进行干预的。如果将这种方式用于块设备的 I/O，显然是极其低效的。例如，为了从磁盘中读出 1 KB 的数据块，需要中断 CPU 1K 次。为了进一步减少 CPU 对 I/O 的干预而引入了直接存储器访问方式，见图 5-7(c)所示。该方式的特点是：

(1) 数据传输的基本单位是数据块，即在 CPU 与 I/O 设备之间，每次传送至少一个数据块；

(2) 所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；

(3) 仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需 CPU 干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。

可见，DMA方式较之中断驱动方式，又是成百倍地减少了 CPU 对 I/O 的干预，进一步提高了 CPU 与 I/O 设备的并行操作程度。

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