第二章--处理机管理

井底之蛙，不知大海之宽阔，却知晓天空之蓝。

进程

程序：是静态的，就是个存放在磁盘里的可执行文件，是一系列的指令集合。
进程：是动态的，是程序的一次执行过程。

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

1761288519157

当进程被创建时，操作系统会为该进程分配一个唯一的、不重复的身份证号——PID(Process ID，进程ID)。

除此之外，操作系统还会记录进程的以下信息：

分配了哪些资源
- 内存
- I/O设备
- 文件
进程的运行情况
- CPU时间
- 磁盘使用情况
- 网络流量

关于一个进程的所有信息都被保存在一个数据结构PCB(Process Control Block)中，即进程控制块。PCB是进程存在的唯一标志。

当一个进程被创建时，操作系统就会为其创建PCB，当进程结束时，会回收PCB。

进程实体

进程实体 = 进程PCB + 程序段 + 数据段

进程实体：进程在某一时刻的状态。
PCB：存储进程的信息。
程序段：程序执行的指令。
数据段：在程序运行过程中产生的各种数据。

进程的特征

动态性：进程是程序的一次执行过程，是动态地产生、变化和消亡的。
并发性：内存中有多个进程实体，各进程可并发执行。
独立性：进程是能独立运行、独立获得资源、独立接受调度的基本单位。
异步性：各进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，操作系统要提供进程同步机制，来解决异步问题。
结构性：每个进程都会配备一个PCB。结构上看，进程由程序段、数据段、PCB组成。

进程的状态

创建态：

进程正在被创建时，它的状态就是创建态，在这个阶段操作系统会为进程分配资源、初始化PCB。

就绪态：

当进程创建完成后，便进入就绪态，处于就绪状态的进程已经具备运行条件，但由于没有空闲的CPU，就暂时不能运行。

运行态：

如果一个进程此时在CPU运行，那么这个进程就处于运行态。

阻塞态：

在进程运行过程中，可能会请求等待某个事件的发送，在这个事件发生之前，进程无法继续往下执行。
此时操作系统会让这个进程下CPU，并让他进入阻塞态。
当事件发生后，进程从阻塞态进入就绪态。

一个进程因什么事情而阻塞，就因什么事情而唤醒。

终止态：

一个进程可以执行exit系统调用，请求操作系统终止该进程。此时该进程会进入终止态。
操作系统会让该进程下CPU，并回收内存空间等资源，最后还要回收该进程的PCB。

1761354282094

在进程PCB中，会有一个变量state来表示进程当前的状态。

进程的组织

链接方式

1761354464069

索引方式

1761354511637

进程控制

进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。

进程控制程序需要使用原语来实现。一气呵成，不可中断。

原语的执行具有原子性，即执行过程只能一气呵成，期间不允许被中断。

可以用”关中断”和”开中断”这两个特权指令实现原子性。

关中断：CPU在执行完一条指令后，不再检查是否有中断信号。

开中断：恢复检查中断。

进程创建->创建原语：

申请空白PCB
为新进程分配所需资源
初始化PCB
将PCB插入就绪队列

进程结束->撤销原语：

从PCB集合中找到终止进程的PCB
若进程正在运行，立即剥夺CPU，将CPU分配给其他进程。
终止所有子进程
将该进程拥有的所有资源归还给父进程或操作系统
删除PCB

进程阻塞->阻塞原语：

找到要阻塞的进程对应的PCB
保护进程运行现场，将PCB状态信息设置为阻塞态，暂时停止进程运行。
将PCB插入相应事件的等待队列。

进程唤醒->唤醒原语：

在事件等待队列中找到PCB。
将PCB从等待队列移除，设置进程为就绪状态。
将PCB插入就绪队列，等待被调度。

进程切换->切换原语：

将进程的运行环境信息存入PCB
PCB移入相应的队列
选择另一个进程执行，并更新PCB
根据PCB恢复新进程所需的运行环境

上面过程中提到的：保存现场、恢复环境等概念，指的都是保存当前线程中CPU各种寄存器以及堆栈的状态。

进程通信

进程通信(Inter-Process Communication, IPC)是指两个进程之间产生交互数据。

进程是分配系统资源的单位(包括内存地址空间)，因此各进程拥有的内存地址空间相互独立

为保证安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。

共享存储

1761375241559

想要分享数据的进程，可以向操作系统申请一块共享存储区，多个进程可以在共享存储区中交互数据。

为避免出错，各个进程对共享空间的访问应该是互斥的。

各个进程可以使用操作系统内核提供的同步互斥工具。

分享方式：

基于数据结构的共享：
- 比如共享空间中只能放一个长度为10的数组。
- 这种共享方式速度很慢、限制多，是一种低级通信方式。
基于存储区的共享：
- 操作系统在内存中划出一块共享存储区，数据的形式、存放位置都由进程控制，而不是操作系统。
- 这种共享方式速度很快，是一种高级通信方式。

消息传递

进程间的数据交换以格式化的消息(Message)为单位。进程通过操作系统提供的”发送消息/接收消息”两个原语进行数据交换。

格式化的消息：

直接通信方式：消息发送进程要指明接收进程的ID。

1761376553436

间接通信方式：通过”信箱”间接地通信。因此又称”信箱通信方式”。

1761376512500

多个进程可以向同一个信箱中发送消息，也可以从同一个信箱中接收消息。

管道通信

1761376776916

管道：是一个特殊的共享文件，又名pipe文件。其实就是在内存中开辟一个大小固定的内存缓冲区。

管道类似于一个数据结构循环****队列，进程P负责向队列中 offer数据，而进程Q中负责 poll数据。

管道只能采用半双工通信，某一时间段内只能实现单项传输。如果要实现双向同时通信，则需要设置两个管道。
各进程要互斥的访问管道
当管道写满时，写进程将互斥，直到读取进程将管道中的数据取走，即可唤醒写进程。
当管道读空时，读进程将阻塞，直到写进程往管道中写入数据，即可唤醒读进程。
管道权限：
1. 一个管道允许多个写进程，一个读进程。
2. 允许多个写进程，多个读进程，但系统会让各个读取进程轮流从管道中读取数据。

信号

区分信号与信号量：

信号量(Semaphore)：实现进程间的同步、互斥

信号(Signal)：实现进程间通信(IPC)。

信号：用于通知进程某个特定事件已经发生。进程收到一个信号后，对该信号进行处理。

实现原理

在进程的PCB中，一个待处理信号表和被阻塞信号表。

待处理信号表(pending)：表示接收的信号但是还未处理。

被阻塞信号表(blocked)：表示屏蔽的信号，置为1则屏蔽该信号。也称为信号掩码(signal mask)。

1761440670032

需要发送信号的进程可以使用 kill函数：

1 2	`//用于发送信号的函数 int kill(pid_t pid, int sig);`

接收信号的进程无法知道是谁发送的信号。

重复接收的信号会被丢弃。

信号的处理

时机：

当进程从内核态转为用户态时，例行检查是否有待处理的信号，如果有，就处理信号。

1761441374492

信号的处理

操作系统为每个信号设置了默认的信号处理程序。(一些信号默认忽略，不做处理)

执行进程可以为信号设置用户自定义的信号处理逻辑。(自定义的信号处理程序将覆盖默认处理程序)。

特点：

信号处理程序运行结束后，通常会返回进程的下一条指令继续执行(除非信号处理程序将进程阻塞或终止)。

一旦处理了某个信号，就将pending位重置为0。

重复收到的同类信号，将被简单的丢弃。

当同时收到多个不同类信号时，通常先处理序列号更小的信号。

有些信号不能被自定义，如Linux中的SIGKILL，SIGSTOP等。

线程

线程也被称为轻量级进程(LWP)。

有些进程可能需要同时做很对事情，而传统的进程只能串行的执行一系列程序。为例，引入了线程，来增加进程的并发度。

1761442782199

引入线程后，线程是基本的CPU执行单元，是程序执行流的最小单位。

进程与线程的资源分配：

进程：资源分配的基本单位(代码段、数据段、地址空间)。
线程：CPU调度的基本单位。
- 私有数据：堆栈、寄存器组、线程专用存储。
一个进程的所有线程，共享该进程的资源。

进程与线程的并发性：

进程间可以并发执行
线程间也可以并发执行

系统开销：

切换进程，需要切换运行环境，开销大
统一进程下的线程切换，不需要切换进程环境，开销小

1761443417397

线程的实现方式

用户级线程(User-Level Thread, UTL)

早期的操作系统(如：早期Unix)只支持进程，不支持线程。当时的”线程”是由线程库实现的。

只有用户可以感受到线程的存在，操作系统感受不到线程的存在。

1761443913883

最简单的线程库示例：

int main() {
    int i = 0;
    while (true) {
        if (i == 0) { 处理视频聊天的代码; }
        if (i == 1) { 处理文字聊天的代码; }
        if (i == 2) { 处理文件传输的代码; }
        i = (i + 1) % 3;  // i 的值为 0,1,2,0,1,2...
    }
}

手动将进程的运行再次分为三个时间片，来运行不同的代码逻辑。可以看作有三个线程。

优点：

用户级线程的切换在用户空间即可完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高。

缺点：

当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可再多核处理机上并行运行。

内核级线程

内核级线程(kernel-Level Thread, KTL)，由操作系统支持的线程。

1761444700492

优点：

当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核处理器上并行执行

缺点：

一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理成功太高，开销大。

多线程模型

在支持内核级线程的系统中，根据用户级线程和内核级线程的映射关系，可以划分为几种多线程模型。

一对一模型

一个用户级线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同数量的内核级线程。

1761445463225

优点：

当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核处理器上并行执行

缺点：

一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理成功太高，开销大。

多对一模型

多个用户级线程映射到一个内核级线程，且一个进程只被分配一个内核级线程。

1761445613426

优点：

用户级线程的切换在用户空间即可完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高。

缺点：

当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行。

操作系统此时只能看见内核级线程，因此只有内核级线程才是CPU分配的基本单位。

多对多模型

n个用户级线程映射到m个内核级线程(n >= m)。每个用户进程对应m个内核级线程。

1761446071026

用户级线程是”代码逻辑“的载体。
内核级线程是”运行机会“的载体。

一段”代码逻辑”只有获得了”运行机会”才能被CPU执行。

内核级线程才是CPU分配的单位。

线程的状态与转换

1761446438944

组织与控制

组织管理线程的数据结构：TCB(线程控制块)和线程表(thread table)

1761446826436

处理机调度

当有一堆任务要处理，但由于资源有限，这些事情没法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序，这就是”调度”研究的问题。

调度的三个层次

高级调度(作业调度)

作业：一个具体的任务。

用户向系统提交了一个作业 = 用户让操作系统启动一个程序。(处理一个具体的任务)。

高级调度(作业调度)：按一定的原则从外存的作业后备队列中挑选一个作业调入内存，并创建进程。**每个作业只调入一次，调出一次。**作业调入时会建立PCB，调出时才撤销PCB。

1761462194287

低级调度(进程调度/处理机调度)

低级调度：按照某种策略从就绪队列中选取一个进程，将处理器分配给它。

低级调度是操作系统中最基本的一种调度，调用频率很高，在一般的操作系统中都必须配置低级调度。

1761462317793

中级调度(内存调度)

内存不够时，可能将某些进程的数据调出外存。当内存空间空闲或者进程需要运行时再重新调入内存。

暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态(suspend)。被挂起的进程PCB会被组织成挂起队列。

中级调度：按照某种策略决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存。

一个进程可能会被多次调出、调入内存，因此中级调度发送的频率要比高级调度更高。

1761462844171

七状态模型

挂起状态可以进一步细分为：就绪挂起、阻塞挂起两种状态。

1761463092419

三层调度

调度类型	要做什么	调度发生在…	发生频率	对进程状态的影响
高级调度 (作业调度)	按照某种规则，从后备队列中选择合适的作业将其调入内存，并为其创建进程	外存$\rightarrow$ 内存 (面向作业)	最低	无$\rightarrow$ 创建态 $\rightarrow$ 就绪态
中级调度 (内存调度)	按照某种规则，从挂起队列中选择合适的进程将其数据调回内存	外存$\rightarrow$ 内存 (面向进程)	中等	挂起态$\rightarrow$ 就绪态 (阻塞挂起 $\rightarrow$ 阻塞态)
低级调度 (进程调度)	按照某种规则，从就绪队列中选择一个进程为其分配处理器	内存$\rightarrow$ CPU	最高	就绪态$\rightarrow$ 运行态

时机、方式、切换与过程

进程调度的时机

需要进行进程调度与切换的情况：

进程主动放弃CPU
- 正常终止
- 异常终止
- 进程主动请求阻塞
进程被迫放弃CPU
- 分给进程的时间片用完
- 有更紧急的事情处理
- 有更高优先级的进程进入队列

不能进行进程调度的情况：

在处理中断的过程中
在原子操作过程中
进程在操作系统内核程序临界区中

临界资源：一个时间段内只允许一个进程使用的资源。各进程需要互斥访问临界资源。

临界区：访问临界资源的代码。

解释：

访问内核程序临界区时，由于内核程序的特殊性，不会对内核程序临界区中的代码进行进程调度。希望让进程快点结束对于内核程序的访问。

访问其他临界区，如打印机等设备时，反而会进行进程调度，因为打印机是慢速资源，可以进程调度防止CPU空转。

进程调度的方式

非剥夺调度方式(非抢占方式)：

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。

剥夺调度方式(抢占方式)：

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紧迫的那个进程。

进程的切换与过程

进程切换：一个进程让出处理机，由另一个进程占用处理机的过程。

主要过程：

对原来运行进程各种数据的保存。
对新的进程各种数据的恢复。

进程的恢复包括：程序计数器、程序状态字、各种数据寄存器等。这些信息存储在进程控制块PCB中

进程的切换是有代价的，因此过于频繁的进行进程调度、切换，必然会导致整个系统的效率降低，使系统大部分事件都花在了进程切换上，而真正用于执行进程的时间减少。

调度器/调度程序(scheduler)

1761530733162

过程2，3由调度程序引起，调度程序决定：

让哪个进程运行。——调度算法
运行多长时间。——时间片大小。

调度时机：

创建新进程
进程退出
运行进程阻塞
I/O中断发送(唤醒某些阻塞的进程)

非抢占式调度策略：只有运行进程阻塞或退出才触发调度程序工作。

抢占式调度策略：每个时钟中断或K个时钟中断会触发调度程序工作。

对于支持内核级线程的操作系统，调度的基本单位是线程

闲逛进程

闲逛进程(idle Process)：是操作系统中的一个特殊进程，当系统中没有其他可运行的进程时，由调度器安排它运行，用来占住CPU，防止CPU处于不可控的空转状态。它通常优先级最低，只在系统完全空闲时才执行。

特性：

优先级最低
可以是0地址指令，占一个完整的指令周期。(指令周期末尾例行检查中断)
能耗低。

调度算法的评价指标

利用率

CPU利用率：CPU忙碌的时间占总时间的比例。

$$
\text{利用率} = \frac{\text{忙碌的时间}}{\text{总时间}}
$$

例题：

1761532143505

系统吞吐量

系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量。

$$
\text{系统吞吐量} = \frac{\text{完成作业数量}}{\text{总时间}}
$$

1761532301892

周转时间

周转时间：指从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。

$$
周转时间 = 作业完成总时间 - 作业提交时间
$$

平均周转时间：

$$
\text{平均周转时间} = \frac{\text{各作业周转时间之和}}{\text{作业数}}
$$

带权周转时间：对于周转时间相同的作业，实际运行时间长的作业在相同时间内被服务的时间更多，带权周转时间更小，用户满意度更高。

$$
\text{带权周转时间} = \frac{\text{作业周转时间}}{\text{作业实际运行的时间}}
$$

平均带权周转时间：

$$
\text{平均带权周转时间} = \frac{\text{各作业带权周转时间之和}}{\text{作业数}}
$$

等待时间

等待时间：指进程/作业处于等待处理机的状态时间之和，等待时间越长，用户满意度越低。

等待I/O完成期间进程也算是在被服务，所以不计入等待时间。

其实进程等待时间就是进程生命周期在就绪状态的时间段之和

响应时间

响应时间：指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

响应时间是到开始响应的时间，而非到相应输出完成的时间，假设线程一提交就被CPU调度，则它的响应时间如下：

1762845073849

调度算法

饥饿：某个进程/作业长时间得不到服务

批处理系统调度算法

先来先服务(FCFS)

先来先服务(First Come First Serve)

等待越久的服务越先得到服务

算法思想：主要从公平的角度考虑
算法规则：按照作业/进程到达的先后顺序进行服务。
调度：
- 作业调度：考虑哪个作业先到达后备队列。
- 进程调度：考虑哪个进程先到达就绪队列。
是否抢占：非抢占算法。
优点：公平，算法时间简单
缺点：排在长作业后的短作业需要等待很长时间，带权周转时间很大，对短作业来说用户体验不好。
饥饿问题：不会。

示例：

1761556115948

短作业优先(SJF)

短作业优先(Shortest Job First)

调度当前已经到达且运行时间最短的作业运行。

算法思想：追求最少的平均等待时间，最少的平均周转时间，最少的平均带权周转时间。
算法规则：最短的作业/进程优先得到服务。
调度：即可用于作业调度，也可用于进程调度。

用于进程调度时称为”短进程优先”(SPF, Shortest Procss First)
是否抢占：SJF和SPF是非抢占式算法。但是也有抢占式版本——最短剩余时间优先算法(SRTN, Shortest Remaining Time Next)
优点：”~~最短的~~“平均等待时间，平均周转时间。
缺点：
- 不公平。对短作业有利，对长作业不利。
- 作业/进程的运行时间是由用户提供的，并不一定真实，不一定能做到真正的短作业优先。
饥饿问题：会，甚至可能让长作业一直”饿死”

上面我们提到SJF调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少。但这其实是不严谨的。

对于非抢占式的SJF调度算法，只有在所有进程同时到达时，即所有进程同时可运行时，SJF调度算法的平均等待时间，平均周转时间最少。

而对于抢占式的SFJ算法即最短剩余时间优先算法(SRTN)，它才是真正的平均等待时间、平均周转时间最少。

示例：

非抢占式：

1761556178984

抢占式：

1761556214400

高响应比优先(HRRN)

高响应比优先(Highest Response Ratio Next)

算法思想：要综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务的时间。
算法规则：在每次调度时先计算各个作业/进程的响应比，选择响应比最高的作业/进程为其服务。

$$
\text{响应比} = \frac{\text{等待时间} + \text{要求服务时间}}{\text{要求服务时间}}
$$
是否抢占：非抢占式算法。因此只有当前运行的作业/进程主动放弃处理机时，才需要调度，才需要计算响应比。
优点：
- 综合考虑了等待时间和运行时间。
- 等待时间相同时，要求服务时间短的优先。
- 要求服务时间相同时，等待时间长的优先
- 对于长作业来说，随着等待时间越来越长，其响应比会越来越大，从而避免了长期饥饿。
饥饿问题：不会

示例：

1761556252379

总结：

1761543465020

交互式系统调度算法

时间片轮转调度算法(RR)

时间片轮转(Round-Robin)

如果时间片太大，使得每个进程都可以在一个时间片内就完成，则时间片轮转调度算法退化为先来先服务调度算法，并且会增大进程响应时间，因此时间片不能太大。

如果时间片太小，进程切换过于频繁，系统花费大量的时间用来处理进程切换，从而导致实际执行任务的时间比例减少。因此时间片不能太小。

算法思想：公平地、轮流地为各个进程服务，让每个进程在一定时间间隔内都可以得到响应。
算法规则：按照各进程到达就绪队列的顺序，轮流的让各个进程执行一个时间片(如100ms)。若进程未在一个时间片内执行完，则剥夺处理机，将进程重新放到就绪队列队尾重新排队。
调度：用于进程调度(只有作业放入内存建立了相应的进程后，才能被分配处理机时间片)。
是否抢占：若进程未能在时间片内运行完成，将被强行剥夺处理机使用权，因此时间片轮转调度算法属于抢占式的算法。由时钟装置发出时钟中断来通知CPU时间片已到。
优点：公平，响应快，适用于分时操作系统
缺点：
- 由于高频率的进程切换，因此有一定开销
- 不区分任务的紧急程序
饥饿问题：不会。

示例：(时间片为2)

1761556296802

优先级调度算法

优先级调度算法(Priority scheduling)

根据优先级在创建后是否可以动态改变，可将优先级分为：

静态优先级

动态优先级

调整优先级的时机：

进程等待时间很久->适当提升优先级(响应比)

进程运行时间很久->适当降低优先级

进程频繁I/O操作->适当提升优先级

优先级排序：

系统进程>用于进程

前台进程>后台进程

操作系统更偏好I/O繁忙型进程

I/O设备可以和CPU并行的工作，让I/O繁忙型优先运行可以让I/O设备尽早的投入工作，可以提升资源利用率，系统吞吐量。

算法思想：随着计算机的发展，特别是实时操作系统的出现，越来越多的应用场景需要根据任务的紧急程序来决定处理顺序。
算法规则：每个作业/进程有各自的优先级，调度时选择优先级最高的作业/进程。
调度：
- 作业调度：选择一个处于外存中后备队列的作业进入内存。
- 进程调度：选择一个在内存中就绪队列的进程为他分配处理机。
- 甚至还可以用于I/O调度
是否抢占：
- 抢占：只需在进程主动放弃处理机时进行调度即可。
- 非抢占：在就绪队列变化时，检查是否会发送抢占。
优点：
- 用优先级区分紧急程度、重要程度，适用于实时操作系统。
- 可灵活地调整对各种作业/进程的偏好程度。
缺点：若源源不断地有高优先级进程到来，则可能导致饥饿。
饥饿问题：存在

抢占式： 1761546393178

非抢占式： 1761546412044

多级反馈队列调度算法

多级反馈队列算法(Multilevel Feedback Queue)

算法思想：对其他调度算法的折中权衡。
算法规则：
1. 设置多级就绪队列，各级队列优先级从高到低，时间片从小到大
2. 新进程到达时先进入第1级队列，按FCFS原则排队等待被分配时间片，若用完时间片进程还未结束，则进程进入下一级队列队尾。如果此时已经是在最下级的队列，则重新放回该队列队尾。
3. 只有第k级队列为空时，才会为k+1级队头的进程分配时间片。
调度：用于进程调度
是否可抢占：抢占式算法。在K级队列的进程运行过程中，若是更上级的队列中进入了一个新进程，则由于新进程处于优先级更高的队列中，因此新进程会抢占处理机，原来运行的进程放回k级队列的队尾。
优点：
- 对各类型进程相对公平(FCFS的优点)
- 每个新到达的进程都可以很快等到响应(RR的优点)
- 短进程只用较少的时间就可以完成(SPF的优点)
- 不必实现估计进程的运行时间
- 可灵活地跳转对各类进程的偏好程度(对于I/O阻塞的进程可以放回原队列保持优先级)
缺点：可能导致饥饿问题。
饥饿问题：会

示例：

1761558082456

总结：

1761558384134

多级队列调度算法

系统中按进程类型设置多个队列，进程创建成功后插入某个队列。

例子：

1761558655204

队列间调度方式：

固定优先级：高优先级空时低优先级进程才能被调度。
时间片划分：队列分配不同的时间，如50%，40%，10%

各队列内部可以采取不同的调度策略：

例子：

系统进程队列采用优先级调度。
交互式采用时间片轮转。
批处理队列采用先来先服务。

多处理机调度

单处理机调度：只需决定让哪个就绪进程优先上处理机即可。

多处理机调度：

用调度算法决定让哪个就绪进程优先上处理机。
还需要决定被调度的进程到底上哪个处理机

调度目标：

负载均衡：尽可能让每个CPU都同等忙碌。
处理机亲和性：尽量让一个进程调度到同一个CPU上运行，以发挥CPU中缓存(Cache)的作用。

公共就绪队列

1761611071569

所有CPU共享同一个公共就绪进程队列
每个CPU空闲的时候，都会运行调度程序。，从公共就绪队列中选择一个进程运行。
每个CPU访问公共就绪队列时需要上锁。

优点：可以天然的实现负载均衡。

缺点：各个进程频繁地换CPU运行。亲和性不好。

提升亲和性的方法：

软亲和：由进程调度程序尽量保证”亲和性”

硬亲和：由用户进程通过系统调用，主动要求操作系统分配固定的CPU，确保”亲和性”。

私有就绪队列

1761611522383

每个CPU都有一个私有的就绪队列
CPU空闲时运行调度程序，从私有就绪队列中选择一个进程运行。

实现负载均衡：

Push迁移策略：
- 一个特定的系统程序周期性检查每个处理器的负载，如果负载不平衡，就从忙碌CPU的就绪队列中推一些就绪进程到空闲CPU的就绪队列。
PULL迁移策略：
- 每个CPU运行调度策略时，周期性检查自身负载与其他cpu的负载。如果一个CPU负载很低，就从其他高负载CPU的就绪队列中拉一些就绪进程到自己的就绪队列。

实现亲和性：

私有就绪队列天然的实现了处理机的亲和性。

笔记

#操作系统

第二章--处理机管理

http://blog.ulna520.com/2025/10/24/第二章--进程管理_20251024_143751/

Postigita

October 24, 2025

Lizenta

第三章--同步与互斥 Antaŭa afiŝo

第一章--操作系统概述 Sekva afiŝo