概述
对于单处理器系统，CPU只能执行一个进程，其他进程必须等待，直到CPU空闲为止。多道程序的目标是为了使任何时候都有进程在执行，使CPU的利用率最大化。
CPU调度使进程在等待时（通常是等待某些IO请求完成），从该进程拿走CPU的使用权交给另一个进程，如此循环往复。
CPU-IO区间周期
进程有两个属性：CPU执行，I/O等待周期，这是CPU成功调度依赖的基础。进程执行从CPU区间（CPU burst）开始，之后到I/O区间（IO burst），循环往复，最后一个操作也是在CPU区间（通过系统请求终止执行）。
CPU区间的长度通过大量的测试，得到一个进程通常是有大量的短CPU区间和少量长CPU区间，这种分布有助于选择合适的CPU调度算法。
CPU调度程序
在CPU空闲时，操作系统从就绪队列中选择一个进程来执行，这一操作通常由短期调度程序或CPU调度程序执行
就绪队列可以有多种实现（FIFO、优先队列，树，无序链表…），不过从概念上来说，就绪队列中的所有队列都要排队等待，队列中的记录通常为PCB。
CPU调度决策通常会在以下四种环境中发生：
- 一个进程从运行状态切换到等待状态（如IO请求，系统调用wait() ）
- 一个进程从运行状态切换到就绪状态（如中断）
- 一个进程从等待状态切换到就绪状态（如IO请求完成）
- 一个进程终止时
对于第1和第4种情况，没有选择只有调度。一个新进程（如果有）必须被选择执行，这种情况下的调度方案称作非抢占的（nonpreemptive）或协作的（coorperative）。
对于其他情况（包括但不限于第2和第3种），可以进行选择，这种情况下该调度方案为抢占的（preemptive）。
分派程序
分派程序(dispatcher)是一个模块，是与CPU调度功能有关的另一个部分，有以下功能：
- 切换上下文
- 切换到用户模式
- 跳转到用户程序的合适位置，以重新启动程序
分派程序在每次切换的时候都会调用（所以应该尽可能的快），分派程序停止一个进程而启动另一个进程花费的时间成为分派延迟（dispatch latency）
调度准则
不同的CPU调度算法可能适用于不同的进程，为了比较各个CPU的调度算法，提出了以下准则：
- CPU使用率：CPU应该尽可能忙，对于真实系统，CPU使用率一般在40%~90%（需要最大化）
- 吞吐量：一个时间单元内完成进程的数量（需要最大化）
- 周转时间：从进程提交到进程完成的时间段（需要最小化）
- 等待时间：为在就绪队列中等待所花费的时间之和（需要最小化）
- 响应时间：从提交请求到产生第一响应的时间（需要最小化）
这些调度准则不能全部满足，在满足一项准则的时候，可能会有另一项准则收到损失，如：
- CPU利用率和响应时间：上下文切换时CPU是空闲的，因此当上下文切换的次数减少到时，CPU利用率增加，但这样可能会导致某个进程响应时间的增加。
- 平均周转时间和最大等待时间：最先执行最短任务可以减小周转时间，但这样一个长时的任务的等待时间就会增加
- I/O设备利用率和CPU利用率： CPU利用率的最大化可以通过减少上下文切换实现。而I/O设备利用率的最大化则是通过尽可能调度已经准备好进行I/O操作的任务，这会导致上下文切换 。
调度算法
在说明调度算法之前，需要再回顾一下就绪队列：就绪队列包含了系统中，驻留在内存中就绪的，准备运行的进程。该队列通常用链表实现，头结点指向第一个和最后一个PCB块的指针，每个PCB块包括指向下一个PCB的指针域。
先到先服务算法
先到先服务算法（first come, first served(FCFS)），即简单的FIFO队列，先请求CPU的进程先分配到CPU，但平均等待时间较长，并会因为等待一个CPU约束进程很多IO约束进程无法执行而产生护航效果（convoy effect）
该算法是非抢占的
最短作业优先调度
最短作业优先调度（shortest-job-first(sjf)）将每个进程与下一个CPU区间段相关联，当CPU空闲时，会赋给具有最短下一个CPU区间的进程，如果两个进程区间相同，则采用FCFS调度处理。
这个算法是最佳的，但一个难点在于如何知道下一个CPU区间的长度，因此该算法经常用于长期调度，通过长期对某个进程的一个CPU区间的指数平均值来判断该进程下一个CPU区间的长度。（也因此改算法无法用于短期CPU调度上）
该算法可能是抢占的或非抢占的，抢占sjf（也称为最短剩余时间优先调度（shortest-remainint-time-first scheduling））可以抢占当前运行的进程，非抢占sjf会允许当前进程完成其CPU区间。
指数平均值：
θn+1 = atn + (1-a)θnt是当前信息，θ是历史信息，a来控制权重，一个常见的值是1/2
优先级调度
优先级调度算法（priority scheduling algorithm）中，每一个进程都有一个与它相关联的优先级，优先级最高的任务会被分配到CPU，具有相同优先级的任务按FCFS调度。
sjf是优先级调度算法的一个特例。其优先级为下一个（预测的）CPU区间的倒数，CPU区间越大，优先级越小。
优先级通常为固定区间的数字，如0~7，0~4095，
不同的系统中，采用高数字高优先和低数字高优先都是可能的。
优先级的定义方式有两种，外部定义/内部定义
- 内部定义优先级（internally defined priority）使用一些测量数据计算进程优先级，如时间极限，内存需求，打开文件的数量，IO请求的多少等
- 外部优先级（external priorities ）是通过操作系统之外的准则定义的，包括进程重要性，费用，政治因素等
如sjf算法中的抢占与非抢占一样，优先级调度算法同样有抢占和非抢占的问题。抢占优先级调度算法会抢占CPU，非抢占优先级调度算法会将新进程添加到就绪队列的头部。
该算法的一个主要问题：无穷阻塞（indefinite blocking）/饥饿（starvation），因为优先级调度算法会导致低优先级进程无穷等待CPU。其解决方法之一是老化（aging），即逐渐增加在系统中等待时间很长的进程的优先级。
转轮法调度
转轮法调度（round-robin RR）调度算法专门为分时系统设计。其与FCFS相似，但增加了抢占以切换进程。
其实现思想是：定义一个较小的时间单元/时间片（10-100ms），每一个进程分配不超过一个时间单元的CPU，时间结束后，该进程会通过中断被添加到就绪队列的尾部（如果该进程没有完成任务）
在性能表现上，如果时间片较大，那么其性能接近FCFS，如果时间片较小，那么该算法会造成大量的上下文切换，因此时间片相对于上下文切换的时间来说必须足够大。
现在来假设转轮法调度的时间片时间为10ms，有10个IO约束的进程，每执行1msCPU计算执行10ms的IO请求。
问题是：在一个时间片中，一个进程花了1ms完成了CPU计算，该进程是会等待9ms完成这个时间片，还是会直接上下文切换到下一个进程？
算法评估（待补完）
- 分析评估法
- 确定模型法
- 排队模型
- 模拟
- 实现