第二章进程管理

进程调度的时机、方式、切换与过程

时机
什么时候需要进程调度？
什么时候不能进行进程调度？

切换与过程
“狭义的调度”与“切换”的区别
进程切换的过程需要做什么？

方式
非剥夺调度方式（非抢占式）
剥夺调度方式（抢占式）

（一）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。

什么时候需要进行进程调度与切换？

（1）当前运行的进程主动放弃处理机

①进程正常终止；

②运行过程中发生异常而终止；

③进程主动请求阻塞（如等待I/O）。

（2）当前运行的进程被动放弃处理机

①分给进程的时间片用完；

②有更紧急的事需要处理（如 I/O中断）；

③有更高优先级的进程进入就绪队列。

而进程调度并不是什么时候都能进行的，有些时候不能进行进程调度与切换。

（1）在处理中断的过程中。由于中断处理过程很复杂，与硬件密切相关，因此很难做到在进行中断处理过程、处理到一半的时候，去进行进程切换的。

（2）进程在操作系统内核程序临界区中。（下文会具体讲）

（3）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。而如果在执行到一半去进行进程调度与切换了，就有可能导致数据不匹配、安全隐患）

进程在操作系统内核程序临界区中不能进行调度与切换。（正确表述）

（2012年联考真题）进程处于临界区时不能进行处理机调度。（错误！）

临界资源：一个时间段内只允许一个进程使用的资源。各个进程需要互斥地访问临界资源。（你访问临界资源的时候我不能访问，我访问临界资源的时候你不能访问，这就是互斥的意思）

临界区：访问临界资源的那段代码。（因此，各个进程肯定也要互斥地进入临界区。因为“进入临界区” = 运行访问临界资源的代码 = 访问临界资源）

内核程序临界区一般是用来访问某种内核数据结构的，比如进程的就绪队列（由各就绪进程的PCB组成）。

当一个进程正处于内核程序临界区，而这个临界区是访问就绪队列的话。那么，在访问之前，它会把这个就绪队列上锁。

而如果说这个进程当前还没有退出内核程序临界区的话，也就意味着，这个临界资源并没有被解锁。那么，在没有解锁的情况下，如果我们要发生进程调度的话，那么进程调度是肯定要访问就绪队列这一临界资源的。而由于就绪队列这一临界资源此时还处于上锁的状态，所以，如果在这种情况下去进行进程调度的话，那么此时肯定是没办法顺利进行进程调度的。

所以，可以看到，对于内核程序临界区访问的这些临界资源，也就是这些内核数据结构而言。如果这些内核数据结构、这些临界资源被上锁了，并且没有被尽快释放的话，那么就有可能影响到操作系统内核其他的管理工作。

所以，我们在访问内核程序临界区的期间内，我们不能进行进程的调度和切换。我们必须让进程尽快执行完那些内核程序临界区的代码，之后尽快地把对临界资源上的锁给解除，只有这样其他的操作系统内核才能有序进行管理工作。

而另外一种情况。

假如这个进程访问的是一种普通的临界资源，比如是一个打印机。那么，它在访问打印机的时候，会先对打印机上锁。

打印机在打印完成之前，这个进程一直是在临界区内的，一直保持着对打印机的访问，由于这个进程没有退出临界区，所以打印机一直是上锁的状态。但是，又由于打印机是一种慢速的设备，如果这个情况下，不允许进程调度、切换的话，那么就需要这个进程一直空等着这个打印机的打印结束。同时在这个进程空等的时候，它还霸占着CPU，所以CPU一直是在空闲的状态，什么有用的也没有做。

所以，如果进程在访问普通的临界资源，在普通的临界区当中的话，这个情况下其实是应该进行进程调度的。因为普通的临界区访问的这些普通的临界资源，并不会直接地影响到操作系统内核的管理工作。所以，为了增加操作系统的并发度、增加CPU的利用率，那么在访问这些普通的临界区的时候，是可以进行进程调度和切换的。

至此，对于开头的两个表达，为什么一个对一个错，已经可以理解了。

接下来看下一个问题。

在有的操作系统里，它只允许进程主动地放弃处理机，而不允许这个进程在运行过程中被迫地被剥夺处理机资源。

但是还有的操作系统，是允许当有更紧急的任务需要处理时，能强行地剥夺当前运行进程的处理机资源的。

所以由“当前进程是否可以被强行剥夺处理机资源”这个问题，我们引出了下一个知识点——进程调度的方式。