进程调度¶
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。
作业的概念¶
用户向系统提交一个作业≈用户让操作系统启动一个程序（来处理一个具体的任务）
调度的三个层次¶
高级调度¶
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。作业调入时会建立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】
中级调度¶
内存不够时，可将某些进程的数据调出外存。等内存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）——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。
低级调度¶
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。
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。【但是进程在普通临界区中是可以进行调度、切换的。】
- 在原子操作过程中（原语）。原子操作不可中断，要一气呵成（如修改PCB中进程状态标志，并把PCB放到相应队列）
临界资源和临界区的概念¶
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）
进程调度的方式¶
非抢占方式¶
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。
实现简单，系统开销小但是无法及时处理紧急任务，适合于早期的批处理系统
抢占方式¶
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紧迫的那个进程。
可以优先处理更紧急的进程，也可实现让各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
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：
- 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）
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。