进程调度

1. 进程调度

1.1 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）
    • 有更高优先的进程进入就绪队列
• 不能进行进程调度与切换的情况
  1. 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
  2. 进程在操作系统内核程序临界区中。¹
  3. 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）

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• 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）

内核程序临界区与普通临界区的区别

• 内核程序临界区
  当一个进程处于内核程序临界区，如果这个临界区要访问就绪队列的话，访问之前会将就绪队列上锁，如果还没退出临界区（还没解锁）就进行进程调度，但是进程调度相关的程序也需要访问就绪队列，但此时就绪队列被锁住了，因此又无法顺利进行进程调度。
  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
  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行调度与切换。
  exp：在打印机打印完成之前，进程一直处于临界区内，临界资源不会解锁。但打印机又是慢速设备，此时如果一直不允许进程调度的话就会导致CPU一直空闲

1.2 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择一个要运行的进程。（这个进程可以是刚刚被暂停执行的进程，也可以是另一个进程，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. 对原来运行的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PCB中)

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。

重要结论：进程调度、切换是有代价的，并不是调度越频繁，并发度就越高

1.3 方式

• 非剥夺调度方式，又称非抢占方式。（只能由当前的进程主动放弃CPU）
  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

• 剥夺调度方式，又称抢占方式。（可由操作系统剥夺当前进程的CPU使用权）
  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或更紧迫的那个进程。

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。

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1. 进程普通临界区中是可以进行调度、切换的 ↩︎