【操作系统】调度概述、调度过程与方式、调度器与闲逛进程、

1. 调度的概念、层次

1. 调度的基本概念

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。

2. 调度的三个层次

内存空间有限，有时无法将用户提交的作业全部放入内存。

1）高级调度：（作业调度）

按一定的原则从外存的作业后备队列中挑选一个作业调入内存，并创建进程。每个作业只调入一次，调出一次。作业调入时会创建PCB，调出时才撤销PCB。

简化理解：好几个程序需要启动，到底先启动哪个。

2）低级调度（进程调度/处理机调度）

按照某种策略从就绪队列中选取一个进程，将处理机分配给它。 进程调度是操作系统中最基本的一种调度，在一般的操作系统中都必须配置进程调度。

进程调度的频率很高，一般几十毫秒一次。

3）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。等内存空间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）：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。 一个进程可能会被多次调出、调入内存，因此中级调度发生的频率要比高级调度更高。

3. 进程的挂起态与七状态模型

暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态（挂起态，suspend）。

挂起态又可以进一步分为就绪挂起、阻塞挂起两种状态。

五状态模型 -> 七状态模型 注意“挂起”和“阻塞”的区别，两种状态都是暂时不能获得CPU的服务，但挂起态是将进程映像调到外存去了，而阻塞状态下进程映像还在内存中。

有的操作系统会把就绪挂起、阻塞挂起分为两个挂起队列，甚至会根据阻塞原因不同再把阻塞挂起进程进一步细分为多个队列。

4. 三层调度的联系、对比

2. 进程调度的时机、切换与过程、调度方式

1. 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。 如何理解进程在操作系统内核程序临界区中，不能进行进程调度与切换？

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。

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）。

内核程序临界区访问的临界资源如果不尽快释放的话，极有可能影响到操作系统内核的其他管理工作。因此在访问内核程序临界区期间不能进行调度与切换。

普通临界区访问的临界资源不会直接影响操作系统内核的管理工作。因此在访问普通临界区时可以进程调度与切换。

比如：内核程序中的原语是内核程序临界区，不可被中断，也就在此期间不能进行调度与切换。而打印机程序是普通临界区，如果不被调度与切换就会一直占用处理机而无法处理其他进程，因此可以被调度与切换。

所以如果说进程在操作系统内核程序临界区中不能进行调度与切换是对的。而进程处于临界区时不能进行处理机调度是错的。

2. 进程调度的方式

非剥夺调度方式，又称非抢占方式。即，只允许进程主动放弃处理机。在运行过程中即便有更紧迫的任务到达，当前进程依然会继续使用处理机，直到该进程终止或主动要求进入阻塞态。

非剥夺调度方式实现简单，系统开销小，但是无法及时处理紧急任务，适合于早起的批处理系统。

剥夺调度方式，又称抢占方式。当一个进程正在处理机上执行时，如果有一个更重要或更紧迫的进程需要使用处理机，则立即暂停正在执行的进程，将处理机分配给更重要更紧迫的那个进程。

剥夺调度方式可以优先处理更紧急的进程，也可以实现让各种进程按时间片轮流执行的功能（通过时钟中断）。适合于分时操作系统、实时操作系统。

3. 进程的切换与过程

“狭义的进程调度”与“进程切换”的区别：

狭义的进程调度指的是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）。

进程切换是指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。

进程切换的过程主要完成了：

1. 对原来运行进程各种数据的保存。
2. 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）。

注意：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。

3. 调度器、闲逛进程

1. 调度器、调度程序

调度时机——什么事件会触发“程序调度”？

1. 创建新进程。
2. 进程退出。
3. 运行进程阻塞。
4. 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。

抢占式调度策略，每个是时钟中断或k个时钟中断会触发调度程序工作。

2. 闲逛进程

没有其他就绪进程时，运行闲逛进程（idle），永远的备胎。

闲逛进程的特性：

1. 优先级最低。
2. 可以是0地址指令，占一个完整的指令周期（指令周期末尾例行检查中断）。
3. 能耗低。

4. 小结