OS之《CPU调度》

CPU调度层次

1. 高级调度：是作业调度。将外村的作业加载到内存里，分配对应的资源，然后加入就绪队列
2. 低级调度：将就绪队列中的进程调度到CPU执行
3. 中级调度：为了提高内存的利用率和系统的吞吐量，将暂时不能运行的进程调到外存等待。也称为挂起状态

调度算法的目标

1. 资源利用率：CPU有效的工作时间/(CPU有效的工作时间+空闲等待时间)
2. 公平：避免发生饥饿现象
3. 平衡：有的程序中会出现网络IO，磁盘IO，或者是CPU计算密集型，运行的时候要让他们都忙起来，相对平衡。这也是为什么IO行进程要先被调度执行的原因。
4. 强制策略执行：有些进程必须按照设定的优先级或者指定时间来执行。即使是对其他的进程造成延迟也要执行。

批处理系统的目标

1. 平均周转时间短：周转时间是指从作业提交，到作业完成时间；
2. 系统吞吐量:单位时间内，完成的作业数量
3. 处理机利用率

分时系统目标

1. 响应时间快：作业提交到开始收到响应的时间
2. 均衡性：用户提交的作业执行的复杂度肯定都不一样，系统根据不同的复杂度，调度执行，最后得到的响应时间应该是复杂的任务时间长，简单的任务响应时间短。

实时系统目标

1. 能保证截止时间：
2. 可预测性：可以预测用时

作业调度算法

1. 先来先服务：短作业的可能排到后面，不能及时响应
2. 短作业优先：多数都是短作业的话，对长作业不利；计算作业的长短麻烦，并且不准确
3. 按照优先级调度：
4. 高响应比：（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间 ； 等待时间+要求服务时间 = 响应时间 ；缺点还是计算执行时间对系统有较大开销

进程调度任务

1. 保存cpu现场信息。如程序计数器、多个通用寄存器的内容等
2. 按照某一种算法选取进程。从就绪队列里面选一个出来，修改进程的状态为运行态
3. 把cpu分配给进程。讲PCB中的数据恢复到寄存器上，把执行权限交给进程

进程调度机制

1. 排队器：将就绪进程排成一个或多个队列
2. 分配器：将就绪队列中的进程选一个出来】
3. 上下文切换：切换有两个操作
   1. 将当前进程的cpu寄存器上的数据保存到PCB中
   2. 把新的进程现场信息装入各个对应寄存器中

在上下文切换的时候需要执行大量的load 和story等操作指令，这些指令即使是在现代的计算机上，执行的耗时时间也可以上千调指令。因此现在大多数计算机，一般都采用用两组或多组寄存器，其中一组寄存器是内核态使用，一组是应用程序使用。这样在上下文切换的时候，只需要改变指针，让他指向当前寄存器组就可以了

进程调度算法

1. 轮转调度算法：每个一段时间就产生一次中断，激活进程调度程序，完成进程调度；时间片大小不好确定。
2. 优先级调度算法：
   
   a.抢占式和非抢占式；非抢占式就要等到进程任务执行完成；
   
   b.静态优先级：系统开销小，但是不够精准；可能会出现低优先级的任务得不到调用
   
   c.动态优先级：解决了饥饿问题；动态计算更精准
3. 多级返回队列：优先级越高的队列，时间片越小；如果没有执行完，就加入下一个队列的队尾；如果入到抢占式进程进来，就要吧当前正在运行的进程放大它所在队列的队尾；

影响调度的因素：

进程PCB中，就绪时间，开始时间，截止时间，处理时间，资源要求，优先级对调度都是有影响的。

所以，在实际代码中，即使你设置了线程优先级等参数，实际调用还是操作系统说了算。