上下文切换详解及进程调度

上下文切换详解

1、上下文切换的概念

上下文切换可以认为是内核（操作系统的核心）在 CPU 上对于进程（包括线程）进行以下的活动：
（1）挂起一个进程，将这个进程在 CPU 中的状态（上下文）存储于内存中的某处，
（2）在内存中检索下一个进程的上下文并将其在 CPU 的寄存器中恢复
（3）跳转到程序计数器所指向的位置（即跳转到进程被中断时的代码行），以恢复该进程。

上下文切换有时被描述为内核挂起 CPU 当前执行的进程，然后继续执行之前挂起的众多进程中的某一个（进程切换）。上下文切换要操作的信息是储存在PCB中，方便取用。上下文切换十分频繁，每秒进行很多次，所以要求我们的操作系统有实时性。实时性就是我们每一次操作时间控制在10ms以内。arm操作系统一般的平均时间位1.5ms。

2、何时发生上下文切换

• 中断：当发生中断时，CPU会将发起中断请求的程序跟正在运行的程序进行上下文切换（简单的例子，你CPU正在进行某个运算，突然我鼠标发生点击，如果优先级过高的情况你就会立马执行鼠标点击的事件）
• 多任务处理：多任务的情况，每个任务都有相应的时间片，因此会发生上下文切换。

进程调度

说完了上下文切换，我们说一下进程调度，进程调度有三种方式。

• 先来先服务：这过程很简单，每次进程调度都选择的是最先入队列的作业，给处理机，进程运行完成之后才放弃处理机，作业调度是分配内存，创建进程。
• 短作业优先：每次作业调度在就绪队列中找一个时间最短的作业，给他分配内存运行，进程调度就是给处理机。
• 高优先级：谁的优先级高谁就先被调用。
  • 非抢占式优先权调度：就是等每个作业处理完成了，再在就绪队列中找一个优先级最高的作业执行。
  • 抢占式优先权调度：来了一个优先级比正在运行的程序还高的作业，CPU马上停止现在的作业而去执行优先权高的。
• 高响应比优先：这种方法是（等待时间 + 服务时间）/ 服务时间 。这个比最高的时候，最先被调用，但是必须先计算相应比。

进程调度中还有几个情况会出现：

• 优先级颠倒：低优先级拥有高优先级需要的资源（互斥锁），这个时候我们低优先级会比高优先级的作业先执行。