操作系统中的处理机调度与CPU分配原理

"该资源主要讨论了操作系统的处理机调度，包括CPU调度的三个方面：分配原则、分配时机和分配过程，并介绍了处理机调度的三个层次：高级调度、中级调度和低级调度，以及处理机调度队列的不同模型。" 在操作系统中，进程调度，也称为CPU调度，是一个关键的组成部分，其主要目标是有效地管理和分配系统资源，尤其是处理器时间。调度涉及到三个主要问题：分配的原则、时机以及具体分配的方式。 1. 分配原则：操作系统采用不同的进程调度算法来决定哪个进程应获得CPU的使用权。这些算法可以包括先来先服务(FCFS)、短进程优先(SPF)、轮转法(RR)、优先级调度、多级反馈队列调度等。选择哪种算法取决于系统的特性，例如是否需要保证响应时间、提高吞吐量或是公平性。 2. 分配时机：进程调度的时机通常在以下几个情况发生：当前运行的进程执行完毕、进程因为等待I/O操作而被阻塞、进程被操作系统强制剥夺CPU时间（如时间片耗尽）、新进程加入就绪队列等。 3. 分配过程：CPU调度过程涉及到进程的上下文切换，即保存当前进程的状态，选择下一个要执行的进程，然后恢复它的状态。这个过程需要花费一定的时间和系统资源，因此调度策略会尽可能减少不必要的上下文切换以提高效率。 处理机调度分为三个层次： - 高级调度（作业调度）：负责将磁盘上的作业调度到内存中，以便它们可以运行。在多道批处理系统中，它控制作业的提交、选择和启动。 - 中级调度（交换调度）：用于控制内存与外存之间的进程调度，当内存资源紧张时，将部分进程换出到磁盘，释放内存供其他进程使用，以提高内存利用率。 - 低级调度（进程调度）：是最基本的调度，决定哪个就绪进程获取CPU执行。在实时系统和分时系统中，低级调度是核心部分，而在某些系统中，中级调度则可能被省略或合并到低级调度中。 调度队列模型通常有两种类型： - 只有进程调度的模型：在这种模型中，进程从就绪队列中被选择，一旦时间片用完或发生阻塞事件，进程调度就会介入。 - 具有两级调度的模型：包括高级调度和低级调度，前者处理作业从后备队列到就绪队列的调度，后者负责就绪进程到运行进程的转换。 这些调度机制和模型对于操作系统来说至关重要，它们决定了系统的响应时间、周转时间、吞吐量和资源利用率，从而影响整体性能和用户体验。