进程调度综述

背景

阻塞和就绪机制的出现：进程调度的原始状态很简单，就是选定一个进程让CPU去执行，但是会出现一个问题，有的进程需要一些资源无法满足的时候或者有突然的IO操作就要等待，CPU和它一起等待，这可太折磨人了，让CPU的效率降低非常多，但是谁也不知道哪些进程会阻塞什么的，所以我们将进程分为两类，好的（就绪）和不好的（阻塞），让CPU只运行好的，不允许不好的，但是不好的和好的可以相互转化。就像古代的科举制度，皇帝只听大臣的话，听不到平民的话，但是平民可以变成大臣，大臣也可以被贬为平民。

阻塞是中断的子集，阻塞是有特定唤醒条件的中断，比如时间片在就绪队列中运作，这属于中断但是不属于阻塞。

挂起和不挂起的出现：出现是因为内存是有限的，有些就绪的运行不着，有些阻塞的更运行不着，不如换到外存吃灰，外存除了速度慢其他方面薄纱内存，所以挂起也挺好的，释放了内存空间。

 

既然出现了不同类型的进程，那么就产生了新的问题，比如阻塞和就绪进程放在哪里？我们创造了两个队列。比如就绪队列里进程的运行顺序按照什么算法，约束条件是什么？按照几种调度算法，约束条件有多种比如CPU利用率系统吞吐量周转时间等。

 

调度的层次

高级调度（作业调度）：决定后备队列里哪些放到内存里

中级调度（内存调度）：决定哪些进程被挂起，频率中

低级调度（进程调度）：决定就绪队列里哪个进程先执行，频率高

　　低级调度分为两类：

　　　　　　非抢占式调度，只有进程运行完才会进行下一个

　　　　　　抢占式调度，有权利随时剥夺进程运行权力

为啥没有决定哪些进程阻塞捏？因为阻塞是一种否定，根据否定之否定规律，阻塞是自身的否定，也就是阻塞的原因在于自己的程序满足某条件，所以不需要外部去阻塞。可以设置一个条件监视器，条件满足就唤醒，所以唤醒也不需要外部算法。

 

调度的目标

调度要尽可能满足多个目标，就像餐厅要满足多个目标一样

1、CPU利用率，等于有效工作时间除以总时间，也就是狠狠压榨厨子，恨不得九九六零零七，永不休息。

2、系统吞吐量，表示单位时间内CPU完成作业的数量，也就是平均上菜量

3、周转时间，每个用餐用户的等待时间，用餐用户是每个进程关系到客户满意度

4、等待时间，每个进程等待总时间

5、响应时间，使用电脑的用户提交请求到系统响应时间，也就是目标是让电脑使用者等待时间越短越好

 

调度实现

排队器：负责创造和操作队列

分派器：负责带领CPU在就绪里面转悠的

上下文切换器：大量load和sotore指令，负责操作切换进程的

 

调度时机

不能在这几个情况下调度

1、处理中断时

2、进程在操作系统内核临界区中：进入临界区后，需要独占式访问，理论上必须加锁，以防止其他并行进程进入，在解锁前不应该切换其他进程，以加快临界区的释放

3、执行屏蔽中断的原子操作的时候

 

进程调度算法

有的适合低级调度有的适合高级调度

1、先来先服务算法（低级调度）

2、短作业优先算法（低级调度或高级调度）

3、优先级调度算法（低级调度或高级调度）

可以使用静态优先级和动态优先级，

一般优先级规则有：系统进程>用户进程；交互型进程>非交互进程；IO型进程>计算型进程；

4、高相应比优先调度算法（主要高级调度，或低级调度）

本质上是动gao态优先级调度算法，响应比等于（等待时间+要求服务时间）/（要求服务时间）

继承了短作业优先的优点，并且加入等待时间的因素也不会发生长期饥饿现象。薄纱短作业优先算法。

5、时间片轮转算法（低级调度，分时系统）

抢占式调度，运行完时间片就退出

6、多级队列调度，每个队列使用不同算法

7、多级反馈队列调度算法（集大成者）

前几级队列使用FCFS，最后一级使用时间片轮转