调度时机

进程调度时机与机制解析

我们知道了进程是如何被调度了,但是进程什么时候会被调度呢?在什么情况下被调度呢?

调度只有当CPU在内核中运行时才有可能发生。有两种情况:(1)“自愿”的,通过像sleep()之类的系统调用实现;或者实在通过其他系统调用进入内核以后因某种原因受阻需要等待,而自愿让内核调度其他进程执行。(2)“强制”的,当一个进程连续运行的时间超过一定的限度时,内核就会强制地调度其他进程来执行。《情景分析》P236 P356 P377


<think>好的,用户想了解操作系统中进程调度时机、切换原理及执行过程。我需要先回忆一下相关的知识点,然后结合提供的引用内容来组织回答。 首先,进程调度时机。根据引用[4],进程调度发生在当前运行的进程无法继续执行时,比如等待I/O、主动放弃CPU或者时间片用完。另外,引用[2]提到时钟中断可以触发调度,尤其是在分时系统中。这时候需要区分不可剥夺和可剥夺调度方式,引用[4]中的狭义和广义调度可能与此相关。 然后是切换原理。引用[4]提到进程切换需要保存原进程的数据并恢复新进程的数据,主要是PCB的操作。切换过程包括保存上下文、切换内存空间和更新寄存器等。引用[3]也提到中断技术,这可能涉及到保存现场和恢复现场的过程。 执行过程部分,引用[4]详细说明了切换的两个步骤:保存旧进程的数据和恢复新进程的数据。同时,引用[3]中的进程队列和调度策略应该是在这一步起作用,调度器从就绪队列选进程,然后进行切换。 需要注意的是,用户可能还关心调度的方式,比如抢占式和非抢占式,这在引用[2]和[4]中有提到。要解释清楚切换的代价,频繁调度不一定好,因为切换本身有开销。 需要确保回答结构清晰,分时机、切换原理、执行过程三个部分,每个部分结合引用内容。同时,生成的相关问题要围绕调度时机、切换代价、调度算法、抢占式调度等,帮助用户进一步学习。 最后,检查引用标识是否正确,每个引用来源是否准确对应。比如引用[1]提到调度时机和方式,引用[4]详细讲了切换过程。确保LaTeX公式正确,但用户的问题可能不需要数学表达式,所以可能用不上,但如果有性能分析的话可能需要,不过这里可能不需要。保持中文回答,避免使用Markdown格式,保持自然口语化。</think>### 操作系统进程调度机制详解 #### 一、进程调度时机 进程调度发生的时机主要分为以下两类: 1. **主动放弃CPU** - 进程运行结束或发生错误终止。 - 进程主动调用阻塞原语(如等待I/O完成)。 - 进程执行`yield()`等操作主动让出CPU[^4]。 2. **被动剥夺CPU** - 时间片用完(通过时钟中断触发调度)[^2]。 - 更高优先级进程抢占资源(实时系统中常见)。 - 中断处理完成后需要重新调度[^3]。 #### 二、进程切换的原理 进程切换的核心是**保存和恢复上下文**,具体包括: 1. **硬件支持**:通过中断机制(如时钟中断、I/O中断)触发调度。 2. **上下文保存**: - 寄存器状态(PC、SP、通用寄存器) - 内存管理单元(MMU)信息 - 进程状态(运行/就绪/阻塞)[^4] 3. **PCB操作**: - 将原进程的上下文保存到其PCB中 - 从目标进程的PCB中加载新的上下文[^4] #### 三、进程调度的执行过程 1. **调度触发阶段** - 检测到调度条件(如时间片耗尽、进程阻塞) - 通过中断机制进入内核模式 2. **调度决策阶段** - 从就绪队列中选择目标进程(调度算法决策)[^4] - 检查进程状态合法性(如是否已被挂起) 3. **上下文切换阶段** ```plaintext a. 保存当前进程的寄存器到其PCB b. 更新内存管理单元(MMU)映射 c. 从目标进程PCB加载寄存器值 d. 刷新TLB缓存 ``` 4. **恢复执行阶段** - 切换到用户模式 - 跳转到目标进程的PC指针位置继续执行 #### 四、关键特性与优化 1. **调度方式** - 非抢占式:进程主动释放CPU(适合批处理系统) - 抢占式:通过中断强制调度(适合实时/分时系统)[^2] 2. **切换代价** - 直接开销:上下文保存/恢复时间(约几微秒) - 间接开销:缓存失效、TLB刷新导致的性能下降
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