进程调度与通信：时间片轮转、优先级与实时调度

"调度的实现方式-06_进程调度和进程间通信" 进程调度是操作系统核心功能之一，它负责在多进程系统中决定哪个进程应该获得CPU执行权。调度的目的是确保系统的公平性、效率、响应时间和周转时间，以及吞吐量。调度有两种主要类型：直接调度和被动调度。直接调度是指进程执行代码中调用schedule()等函数来主动请求调度，而被动调度则是在进程时间片用尽或系统时钟中断时由系统自动触发。 调度算法有很多种，包括时间片轮转法，每个进程分配一定时间片，时间片长度根据系统需求调整；优先级调度，依据进程的重要性（静态或动态）分配执行机会；多重队列调度，通过优先级级联减少进程切换；最短作业优先，适合预知运行时间的批处理作业；保证调度算法，保证特定性能指标；彩票调度算法，进程通过持有的“彩票”竞争资源；实时调度，满足严格时间限制的实时任务；以及两级调度，分别管理内存中的和磁盘上的进程。 在Linux中，进程分为交互进程、批作业进程和实时进程，它们有不同的特性和资源需求。例如，交互进程需要快速响应用户的输入，而批处理进程则更关注计算性能。进程状态转换通常涉及阻塞态、就绪态和运行态。当进程状态改变时，如从运行态变为就绪态，可能会涉及到进程在队列中的重新排列。 关于内核与进程的抢占，Linux 2.4及更早版本的内核在内核空间运行时并不支持抢占，而实时操作系统和某些其他系统（如Solaris、Mach）则允许内核过程被抢占。内核中的时间片管理通过进程描述符中的time_slice变量来跟踪，每当系统时钟中断，time_slice会递减，当其值减至0时，进程将被从运行队列中移出，并设置需要重新调度的标志。 此外，进程间通信（IPC）是多进程协作的关键，常见的IPC机制包括管道、信号量、消息队列、共享内存等，它们使得进程之间能够交换数据和同步执行。在Linux内核中，这些通信机制都有相应的系统调用支持，如pipe()、semop()、msg*()、shm*()等，通过这些接口，进程可以安全地共享资源和协调执行。 进程调度和进程间通信是操作系统设计中的核心部分，它们直接影响着系统的性能、响应时间以及并发任务的协调。理解这些概念和机制对于优化系统行为和开发高效的应用至关重要。