文章目录
- 处理机调度概念
- 处理机调度层次
- 高级调度（作业调度）
- 中级调度（内存调度）
- 低级调度（进程调度/处理机调度）
- 三层调度的联系对比
- 进程调度的时机
- 需要进行进程调度与切换的情况
- 不能进行进程调度与切换的情况
- 进程调度的方式
- 非剥夺调度方式（非抢占调度方式）
- 剥夺调度方式（抢占调度方式）
- 进程的切换与过程
- 狭义的“进程调度”与“进程切换”的区别
- 切换过程
- 重要结论
- 调度程序（调度器）
- 调度程序的作用
- 触发”调度程序“的时机
- 闲逛进程
处理机调度概念
当有一堆任务要处理，但由于资源有限，这些事情没法同时处理，这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序，这就是“调度”研究的问题
在多道程序系统中，进程的数量往往多于处理机的个数，因此进程争用处理机的情况在所难免
处理机调度是对处理机进行分配，即从就绪队列中按照一定的算法（公平、高效的原则）选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程并发地执行
处理机调度是多道程序操作系统的基础，是操作系统设计的核心问题。
处理机调度层次
高级调度（作业调度）
作业：一个具体的任务
按照一定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选一个（或多个），给它（们）分配内存、 输入/输出设备等必要的资源，并建立相应的进程，以使它（们）获得竞争处理机的权利（简化理解：有好几个程序需要启动，到底先启动哪一个）
作业调度就是内存与辅存之间的调度。每个作业只调入一次、调出一次，作业调入时会建立PCB，调出时才撤销PCB
多道批处理系统中大多配有作业调度，而其他系统中通常不需要配置作业调度
中级调度（内存调度）
内存不够时，可将某些进程的数据调出外存，等内存有空闲或者进程需要运行时再重新调入内存
暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态，被挂起的进程PCB会被组织成挂起队列
中级调度（内存调度）就是按照某种策略决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存
低级调度（进程调度/处理机调度）
按照某种算法从就绪队列中选取一个进程，将处理机分配给它
进程调度是最基本的一种调度，在各种操作系统中都必须配置这级调度
进程调度的频率很高，一般几十毫秒一次
三层调度的联系对比
| 要做什么 | 调度发生在… | 发生频率 | 对进程状态的影响 | |
|---|---|---|---|---|
| 高级调度(作业调度) | 按照某种规则，从后备队列中选择合适的作业将其调入内存，并为其创建进程 | 外存→内存 (面向作业) | 最低 | 无→创建态→就绪态 |
| 中级调度(内存调度) | 按照某种规则，从挂起队列中选择合适的进程将其数据调回内存 | 外存→内存 (面向进程) | 中等 | 挂起态→就绪态 (阻塞挂起→阻塞态) |
| 低级调度(进程调度) | 按照某种规则，从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机 | 内存→CPU | 最高 | 就绪态→运行态 |
进程调度的时机
进程调度（低级调度），就是按照某种算法从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机
需要进行进程调度与切换的情况
- 当前运行的进程主动放弃处理机
- 进程正常终止
- 运行过程中发生异常而终止
- 进程主动请求阻塞（如等待I/O）
- 当前运行的进程被动放弃处理机
- 分给进程的时间片用完
- 有更紧急的事需要处理（如I/O中断）
- 有更高优先级的进程进入就绪队列
不能进行进程调度与切换的情况
-
在处理中断的过程中
中断处理过程复杂，与硬件密切相关，很难做到在中断处理过程中进行进程切换
-
进程在操作系统内核程序临界区中
注意：“进程处于临界区时不能进行处理机调度”的说法是错误的
临界资源：一个时间段内只允许一个进程使用的资源，各进程需要互斥地访问临界资源
临界区：访问临界资源的那段代码 -
在原子操作过程中(原语)
原子操作不可中断，要一气呵成(如之前讲过的修改PCB中进程状态标志，并把PCB放到相应队列)
进程调度的方式
非剥夺调度方式（非抢占调度方式）
非剥夺调度方式即只允许进程主动放弃处理机
当一个进程正在处理机上执行时，即使有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，仍然让正在执行的进程继续执行，直到该进程运行完成或发生某种事件而进入阻塞态时，才把处理机分配给其他进程
特点：实现简单、系统开销小，无法及时处理紧急任务，适用于早期的批处理系统
剥夺调度方式（抢占调度方式）
当一个进程正在处理机上执行时，若有某个更为重要或紧迫的进程需要使用处理机，则允许调度程序根据某种原则去暂停正在执行的进程， 将处理机分配给这个更为重要或紧迫的进程
特点：可以优先处理紧急任务，也可实现让各进程按时间片轮流执行的功能，适用于分时操作系统和实时操作系统
进程的切换与过程
狭义的“进程调度”与“进程切换”的区别
狭义的进程调度：从就绪队列中选中一个要运行的进程（这个进程可以是刚刚被暂停执行的进程也可能是另一个进程，后一种情况就需要进程切换）
进程切换：一个进程让出处理机，由另一个进程占用处理机的过程
广义的进程调度包含了选择一个进程和进程切换两个步骤
切换过程
-
对原来运行进程各种数据的保存
-
对新的进程各种数据的恢复
（如:程序计数器、程序状态字、各种数据寄存器等处理机现场信息，这些信息一般保存在进程控制块）
重要结论
进程切换是有代价的，因此如果过于频繁的进行进程调度、切换，必然会使整个系统的效率降低，使系统大部分时间都花在了进程切换上，而真正用于执行进程的时间减少。
调度程序（调度器）
调度程序的作用
用于调度和分派CPU的组件称为调度程序
上图是进程的三个状态及不同状态之间的转换，其中 ② ③ 状态的转换就是由调度程序引起的
操作系统的调度程序要决定：①让谁运行（由调度算法决定），②运行多长时间（由时间片大小决定） 两件事情
触发”调度程序“的时机
- 创建新进程
- 进程退出
- 运行进程阻塞
- I/O中断发生(可能唤醒某些阻塞进程)
- 非抢占式)调度策略，只有运行进程阻塞或退出才触发调度程序工作
- 抢古式调度策略，每个时钟中断或k个时钟中断会触发调度程序工作
闲逛进程
在进程切换时，如果系统中没有就绪进程，就会调度闲逛进程（idle）运行，如果没有其他进程就绪，该进程就一直运行，并在执行过程中测试中断
闲逛进程的优先级最低，没有就绪进程时才会运行闲逛进程，只要有进程就绪，就会立即让出处理机
闲逛进程不需要CPU之外的资源，它不会被阻塞
【计算机操作系统】 专栏的文章 均有参考 《王道计算机考研 操作系统》 课程视频
![[云原生]三、Kubernetes(1.18)](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/733b5754ee894f95aa9ebe5ab6ddb36d.png)
