Зачем нужен планировщик и его критерии

Кто решает, какому процессу отдать процессор прямо сейчас, и как понять, хорошо ли он это делает.

Планировщик (scheduler) — это часть ОС, которая решает, какой из готовых процессов получит процессор следующим и на какое время.

Зачем вообще планировать

Готовых к работе процессов обычно больше, чем ядер процессора. Кому отдать процессор первым? От ответа зависит, насколько отзывчивой кажется система и эффективно ли используется железо. Плохой планировщик — и интерфейс «лагает», а сервер еле тянет нагрузку. Хороший — и всё летает на том же железе.

Аналогия: касса в супермаркете

Очередь к кассе — это процессы, кассир — процессор. Как обслуживать? Строго по порядку прихода? Сначала тех, у кого пара товаров? Дать каждому ровно минуту и переходить к следующему? Это и есть разные стратегии планирования, и у каждой свои плюсы и минусы. Например, «по порядку прихода» справедливо, но человек с одним товаром будет долго ждать за тем, у кого полная тележка.

Критерии качества планирования

Чтобы сравнивать алгоритмы, нужны метрики. Вот ключевые:

Как считаются ключевые времена

Запомните три формулы — они понадобятся во всех симуляциях этого раздела:

• Время оборота = время завершения − время прихода.
• Время ожидания = время оборота − время выполнения (burst).
• Время отклика = первый запуск − время прихода.

Считают обычно среднее по всем процессам — по нему и сравнивают алгоритмы.

Конфликт целей

Невозможно оптимизировать всё сразу. Хотим минимальное среднее ожидание — пострадает отзывчивость длинных задач. Хотим максимальную загрузку CPU — может вырасти время отклика. Хотим справедливости — потеряем в пропускной способности. Выбор алгоритма — это всегда компромисс под конкретную задачу: для сервера важна пропускная способность, для настольной ОС — отзывчивость.

Считаем метрики на примере

Дано три процесса, выполняемых по порядку прихода. Посчитаем оборот и ожидание для каждого и средние значения.

# (имя, время прихода, время выполнения)
procs = [("P1", 0, 5), ("P2", 0, 3), ("P3", 0, 8)]

t = 0
total_wait = total_turn = 0
for name, arrival, burst in procs:
    start = t
    completion = t + burst
    turnaround = completion - arrival
    waiting = turnaround - burst
    total_turn += turnaround
    total_wait += waiting
    print(f"{name}: старт={start}, завершение={completion}, "
          f"оборот={turnaround}, ожидание={waiting}")
    t = completion

n = len(procs)
print(f"Среднее ожидание: {total_wait/n:.2f}")
print(f"Средний оборот:   {total_turn/n:.2f}")

Вывод:

P1: старт=0, завершение=5, оборот=5, ожидание=0
P2: старт=5, завершение=8, оборот=8, ожидание=5
P3: старт=8, завершение=16, оборот=16, ожидание=8
Среднее ожидание: 4.33
Средний оборот:   9.67

Итог

• Планировщик решает, какой готовый процесс получит процессор и насколько.
• Качество измеряют метриками: загрузка CPU, пропускная способность, оборот, ожидание, отклик.
• Оборот = завершение − приход; ожидание = оборот − выполнение.
• Цели конфликтуют: нельзя оптимизировать всё сразу — нужен компромисс.
• Сравнивают алгоритмы обычно по среднему времени ожидания и оборота.