进程调度机制

    进程切换的代价是比较高的：首先必须从用户态切换到内核态，然后保存当前进程的状态以便以后重新装载，接着通过调度程序（scheduler）选定一个新进程，之后将新进程的内存映像重新装入，最后新进程开始运行。可见，选择一个好的进程调度算法（scheduling algorithm）非常重要。通常我们将进程划分两类：I/O密集型（IO-bound）和计算密集型（computer-bound），更多的进程倾向为I/O-bound，这是因为CPU的技术进步速度远快于磁盘。

何时调度：
(1) 在创建一个新进程之后，需要决定是运行父进程还是运行子进程。
(2) 在一个进程退出时必须做出调度决策，从就绪进程队列中选择一个进程运行。
(3) 当一个进程被阻塞在I/O或信号量或其他原因时，必须选择另外一个进程运行。
(4) 在一个I/O中断发生时，必须做出调度决策。如果中断来自I/O设备，当该设备完成工作后，被阻塞等待该I/O的进程就可以成为就绪进程，等待调度。

根据如何处理时钟中断，可以把调度算法分为两类：
(1) 抢占式：进程运行某个固定时段的最大值，在该时刻结束时被挂起，并由调度程序挑选另一个进程运行（根据优先级）。
(2) 非抢占式：进程运行直至被阻塞（阻塞在I/O上或等待另一个进程），或者直到该进程自动释放CPU。

在不同类型的系统中，调度策略也不相同，下面介绍三种环境下的调度机制：

1 批处理系统中的调度

批处理系统主要应用商业领域或科研单位等大型机构，批处理系统的三个主要指标为：吞吐量（单位时间完成的作业数量）；周转时间（平均完成每个作业所需的时间）；CPU利用率。如下面所示，假如有4个作业需要处理，每个作业需要的CPU单位时间标记在括号里，这两种调度方法的吞吐量是一样的，都需要20个CPU单位时间。但周转时间不一样，第一个的周转时间为(8+12+16+20)/4=14；第二个的周转时间为(4+8+12+20)/4=11。

----A(8)-----B(4)-----C(4)-----D(4)----- 

----D(4)-----B(4)-----C(4)-----A(8)-----

(1) 先来先服务（非抢占式）：使用一个队列记录所有就绪进程，从队列头部选择一个要运行的进程；要添加一个新的作业或阻塞一个进程，只要把该作业或进程追加到队尾即可。先来先服务对于I/O-bond进程来说，CPU利用率很低。
(2) 最短作业优先（非抢占式）：如果各个作业的CPU时间是可预期的，将进程按照它们各自所需要的CPU时间排序，优先执行占用CPU时间短的作业，以达到最短的作业周转时间。
(3) 最短剩余时间优先（抢占式）：最短作业优先的抢占式版本，调度程序总是选择剩余时间最短的那个进程运行。当然，有关的运行时间必须提前掌握。

2 交互式系统中的调度

交互式系统在个人计算机、服务器等系统中比较常见，它对响应时间和均衡性要求比较高。
(1) 轮转调度：每个进程被分配一个时间段，称为时间片（quantum），即允许该进程在该时间段中运行。如果在时间片结束时刻该进程还在运行，则将剥夺CPU并分配给另一个进程。如果该进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU立即切换。注意：时间片设置太短会导致过多的进程切换，降低CPU效率；而设得太长又可能引起对短的交互请求的响应时间变长。
(2) 优先级调度：轮转调度隐含一个假设，即所有进程同等重要。而优先级调度给每个进程赋予一个优先级，并允许优先级高的进程先运行。为了防止高优先级进程无休止地运行下去，调度程序可以在每个时钟中断降低当前进程的优先级。例如I/O-bound进程可以被赋予较高的优先级，以改善对用户的交互性。
(3) 多级队列：
(4) 最短进程优先：从当前进程中选择需要CPU时间最短的进程运行，以获得最短的响应时间。不过，这里需要某种算法来推测各个进程的运行时间。
(5) 保证调度：假设每个进程需要的CPU时间是可预期的，系统跟踪各个进程自创建以来已使用的CPU时间，然后计算出各个进程真正获得的CPU时间和应获得的CPU时间之比，调度程序优先让这个比率值比较低的进程运行。
(6) 彩票调度：系统向将进程发放彩票，调度程序随机抽出一张彩票，拥有该彩票的进程获得资源。各个进程拥有的彩票份额与它们获得的CPU时间大致成正比。

(7) 公平分享调度：考虑进程的拥有者，做到让不同用户的进程获得大致相等的CPU时间。

3 实时系统中的调度
实时系统是一种时间起着主导作用的系统，它对截止时间的要求比较高。