一、处理机调度基本概念
- 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。
二、处理机调度的三个层次
2.1 高级调度（作业调度）
- 作业：一个具体的任务
- 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）
- 简化理解：好几个程序需要启动，到底先启动哪个
- 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。
2.2 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）一一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
2.2.1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细分为就绪挂起、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。
2.3 低级调度（进程调度）
- 低级调度（进程调度/处理机调度）一一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、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 |
四、进程调度
4.1 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。
- 需要进行进程调度与切换的情况：
- 1.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/O)
- 2.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/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
- 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)
4.1.1 进程调度的方式
4.1.1.1 非剥夺式调度（非抢占式）
- 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
4.1.1.2 剥夺式调度（抢占式）
- 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
4.2 进程调度的切换与过程
- “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。
五、调度器/调度程序(scheduler)
5.1 调度时机一一什么事件会触发“调度程序”？
- 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
- 抢占式调度策略，每个时钟中断或k个时钟中断会触发调度程序工作
5.2闲逛线程
- 调度程序永远的备胎，没有其他就绪进程时，运行闲逛进程(idle)
- 闲逛进程的特性：
- 优先级最低
- 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）
- 能耗低
