【操作系统】 - Operation System 第八章 CPU调度

8.1 背景 CPU调度

8.1.1 上下文切换：

• 切换CPU的当前任务，从一个进程/线程转换到另一个进程/线程；
• 但是切换之前要保护现场，保存当前进程/线程在PCB/TCP中的执行上下文(也就是CPU的状态)；
• 切换任务，当然要读取下一个进程/线程的上下文。

8.1.2 CPU调度：

• 从就绪队列中挑选一个进程/线程作为CPU将要运行的下一个进程/线程；
• 需要调度程序(挑选进程/线程的内核函数)；
• 需要考虑的问题是 调度的时机。

8.1.3 在进程/线程生命周期的什么时候进行调度？

    从一个状态到另一个状态的时候会发生调度。

8.1.4 内核运行调度程序的条件(满足其一即可)

• 一个进程从运行状态切换到等待状态
• 一个进程被终结了

8.1.5 CPU调度方式

    (1)不可抢占
    调度程序必须等待事件结束(效率低，不采用)；
    (2)可以抢占

• 调度程序在中断被响应后执行；
• 当前的进程从运行切换到就绪，或者一个进程从等待切换到就绪；
• 当前运行的进程可以被换出。

    注意，以上一般指用户态；内核态也可能涉及到是否抢占。

8.2 调度原则

    (1)调度策略

    (2)程序执行模型

    执行模型：程序在CPU突发和I/O中交替
->每个调度决定都是关于在下一个CPU突发时将哪个工作交给CPU；
->在时间分片机制下，线程可能在结束当前CPU突发前被迫放弃CPU；

    (3)比较调度算法的准则

• CPU使用率：CPU处于忙状态所占时间的百分比；
• 吞吐量：在单位时间内完成的进程数量；
• 周转时间：一个进程从初始化到结束，包括所有等待时间所花费的时间；
• 等待时间：进程在就绪队列中的总时间；
• 响应时间：从一个请求被提交到产生第一次响应所花费的时间。

    (4)吞吐量vs延迟

• 对快的评价指标：传输文件时的高带宽；玩游戏时的低延迟(这两点相互独立)；
• 减少响应时间：及时处理用户的输出并尽快将输出提供给用户；
• 减少平均响应时间的波动：在交互系统中，可预测性比高差异/低平均更重要；
• 增加吞吐量：减少开支(操作系统开支/上下文切换)；系统资源的高效利用(CPU，I/O设备)；
• 减少等待时间：减少每个进程的等待时间。

    低延迟调度增加了交互式表现(个人电脑)：
    如果移动了鼠标，希望屏幕迅速反馈光标的移动。

    操作系统保证吞吐量不受影响(服务器)：
    若想结束长时间的编程，所以操作系统必须不时进行调度，即使存在许多交互任务。

    吞吐量是操作系统的计算带宽；响应时间是操作系统的计算延迟。

(5)公平的目标