操作系统调度与切换机制解析

"调度和切换时机问题-操作系统课件" 操作系统是计算机系统的核心组件，它在用户和硬件之间建立了一层抽象，使得用户能够更方便地使用计算机资源。本课件主要探讨了操作系统中的调度和切换时机问题，这是理解操作系统工作原理的关键点。 在操作系统中，调度指的是决定哪个进程应该获得CPU执行权的过程。当一个事件（如时间片到期、进程阻塞或异常）触发请求调度时，低级调度器会被激活。低级调度负责选择一个新的就绪进程，并准备将其投入执行。然而，实际操作中，调度和上下文切换并不总是立即完成。通常，内核会设置一个请求调度的标志，然后等待当前任务完成后再进行调度和上下文切换。例如，在Linux系统中，这个标志是`need-resched`，而在Windows中，这一过程通过延迟过程调用（DPC）和dispatch软件中断来实现。 上下文切换是调度过程中的一个重要环节，它涉及到保存当前进程的状态（上下文），以便在将来恢复执行，并加载新进程的状态。这个过程是昂贵的，因为它涉及内存访问和寄存器的保存与恢复。因此，减少不必要的上下文切换是优化系统性能的一个关键点。 操作系统提供的服务和用户接口是其核心功能之一。用户通过操作系统提供的接口（如命令行、图形用户界面）与系统交互，请求资源和服务。这些服务包括文件管理、进程管理、内存管理、设备管理等。 在课程内容中，操作系统的基础知识被分为多个章节，如操作系统概论、操作系统的发展、服务和用户接口、系统结构以及流行操作系统的简介。第一章介绍了操作系统的定义、目标、作用和功能，强调了操作系统在计算机系统层次结构中的位置，以及其管理资源、提高效率和便利用户使用等方面的目标。 操作系统的主要目标包括：方便用户使用，如提供友好的人机界面；扩大机器功能，通过软件方式实现硬件无法直接提供的功能；管理系统资源，如CPU时间、内存、磁盘空间等；提高系统效率，通过有效的调度策略和资源分配减少等待时间；以及构筑开放环境，支持多用户、多任务并行，并允许不同软件和硬件的兼容性。 通过学习这门课程，学生将掌握操作系统的基本原理，理解调度和上下文切换的机制，以及它们如何影响系统性能。此外，还将了解不同类型的操作系统，如批处理系统、分时系统、实时系统和网络操作系统的特点和应用场景。这些知识对于进一步学习计算机系统和进行相关技术开发至关重要。