1. 简介
CPU 调度是操作系统中的一个核心功能，负责在多个运行任务之间公平、高效地分配 CPU 时间。合理的调度机制不仅能提升系统资源利用率，还能改善用户体验，满足响应性和性能要求。
在 CPU 调度中，有几个关键的时间概念非常重要：
✅ 到达时间（Arrival Time）
✅ 执行时间（Burst Time）
✅ 完成时间（Completion Time）
✅ 周转时间（Turnaround Time）
✅ 等待时间（Waiting Time）
✅ 响应时间（Response Time）
理解这些概念及其计算方式，有助于我们更深入地掌握不同调度算法的工作机制和性能差异。
2. 关键时间概念详解
2.1. 到达时间（Arrival Time）
到达时间是指一个进程进入就绪队列的时间点。也就是说，进程从“新建”状态变为“就绪”状态，准备被调度执行。
👉 在调度算法中，到达时间常用于判断进程的优先级，比如先到先服务（FCFS）算法就完全基于到达时间排序。
2.2. 执行时间（Burst Time）
执行时间也称为 CPU 时间，是指进程完成一次 CPU 执行所需的时间。它决定了进程在 CPU 上运行多久。
⚠️ 注意：Burst Time 并不等于整个进程的执行时间，而是单次 CPU 执行所需的时间。如果进程涉及 I/O 操作，它可能多次进入就绪队列。
👉 短作业优先（SJF）等调度算法会根据 Burst Time 来决定调度顺序。
2.3. 完成时间（Completion Time）
完成时间是指进程最后一次执行完毕离开 CPU 的时间。
✅ 公式：
Completion Time = Arrival Time + Waiting Time + Burst Time
👉 完成时间是评估调度算法效率的重要指标，越早完成越好。
2.4. 周转时间（Turnaround Time）
周转时间是指从进程到达系统到其执行完成所经历的总时间。
✅ 公式：
Turnaround Time = Completion Time - Arrival Time
👉 周转时间越短，说明调度算法越高效。它是衡量系统整体响应能力的重要指标。
2.5. 等待时间（Waiting Time）
等待时间是指进程在就绪队列中等待执行的时间总和。
✅ 公式：
Waiting Time = Turnaround Time - Burst Time
👉 等待时间越短，说明调度算法越能快速响应进程请求。它是衡量调度公平性的一个关键因素。
2.6. 响应时间（Response Time）
响应时间是指从进程到达系统到它第一次开始执行的时间间隔。
✅ 公式：
Response Time = First Execution Time - Arrival Time
👉 响应时间常用于衡量调度算法对用户请求的响应速度。尤其在交互式系统中，响应时间越短越好。
3. 示例说明
为了更清楚地说明这些时间的计算方式，我们来看一个使用 非抢占式最短作业优先（SJF） 调度算法的示例。
进程表如下：
| Process | Arrival Time | Burst Time |
|---|---|---|
| P1 | 3 | 3 |
| P2 | 6 | 3 |
| P3 | 0 | 4 |
| P4 | 2 | 5 |
调度过程如下：
- t=0: P3 到达并立即开始执行
- t=2: P4 到达，进入就绪队列
- t=3: P1 到达，继续等待
- t=4: P3 完成执行，比较 P1 和 P4 的 Burst Time，P1 执行
- t=6: P2 到达，继续等待
- t=7: P1 完成执行，比较 P4 和 P2 的 Burst Time，P2 执行
- t=10: P2 完成执行，P4 开始执行
- t=15: P4 完成执行
Gantt 图如下：
各进程时间计算如下：
P3:
Completion Time = 4
Turnaround Time = 4 - 0 = 4
Waiting Time = 4 - 4 = 0
Response Time = 0 - 0 = 0
P1:
Completion Time = 7
Turnaround Time = 7 - 3 = 4
Waiting Time = 4 - 3 = 1
Response Time = 4 - 3 = 1
P2:
Completion Time = 10
Turnaround Time = 10 - 6 = 4
Waiting Time = 4 - 3 = 1
Response Time = 7 - 6 = 1
P4:
Completion Time = 15
Turnaround Time = 15 - 2 = 13
Waiting Time = 13 - 5 = 8
Response Time = 10 - 2 = 8
4. 总结
本文介绍了 CPU 调度中的几个核心时间概念，并通过一个实际示例演示了它们的计算方法。
这些时间指标是评估调度算法性能的重要依据：
✅ 周转时间反映整体效率
✅ 等待时间体现调度公平性
✅ 响应时间影响用户体验
合理利用这些指标，可以更有效地优化操作系统调度策略，提升系统的吞吐量与响应能力。在实际开发中，尤其是涉及调度器设计或性能调优时，这些概念非常实用。