处理器管理与调度：从进程到线程

"二．处理器硬件介绍 (续) II. 对称式系统（Symmetric Multi-Processor, SMP）继续 –优点：对称性，系统扩展性好，负载均衡，整体性能随CPU数量增加而提升 –缺点：增加了同步和通信的复杂性，可能导致缓存一致性问题 ② 分布式存储 在这种架构中，每个处理器都有自己的私有内存，它们通过网络或其他高速通信机制进行通信。这减少了共享内存带来的冲突，但增加了通信开销。 A. 非均匀存储访问（Non-Uniform Memory Access, NUMA） NUMA架构在分布式存储的基础上，考虑到内存访问时间因距离处理器远近而异。近处的内存访问更快，远处的则较慢。这要求操作系统进行更复杂的内存管理和调度。 三．中断技术 中断是处理器响应外部或内部事件的方式，使得处理器能暂停当前任务，转而执行更重要的任务（如处理硬件异常或系统调用）。中断分为硬件中断和软件中断： 1. 硬件中断：由外部设备（如键盘、磁盘驱动器）或者内部硬件定时器引发 2. 软件中断：由CPU执行特定指令（如系统调用）触发，用于调用操作系统服务 中断处理通常包括中断屏蔽、中断向量表、中断处理程序等环节，确保处理器安全、高效地响应中断。 四．进程与线程 进程是操作系统中运行程序的实体，拥有独立的内存空间和资源。进程间通过IPC（Inter-Process Communication）进行通信。 线程是进程内的执行单元，共享同一地址空间，拥有独立的栈和少量状态信息。线程切换比进程切换更快，因为不需要切换整个地址空间。 五．处理器调度算法 处理器调度是操作系统核心功能之一，主要目标是合理分配处理器时间，提高系统吞吐量，减少进程等待时间。常见的调度算法包括： 1. FCFS（先来先服务）：按照进程到达的顺序分配CPU 2. SJF（短作业优先）：优先选择预计运行时间最短的进程 3. Priority Scheduling（优先级调度）：根据优先级分配CPU，可分抢占式和非抢占式 4. Round Robin（轮转法）：将时间划分为固定的时间片，按顺序分配给每个进程 5. Multilevel Queue & Feedback Scheduling（多级队列和反馈调度）：根据进程类型或状态划分不同优先级队列，动态调整优先级 六．线程实现 操作系统对线程的实现主要有两种方式： 1. 用户级线程（User-Level Thread, ULT）：线程管理由用户态库完成，不涉及内核，线程切换速度快，但受制于单个进程的CPU时间片 2. 内核级线程（Kernel-Level Thread, KLT）：线程由内核管理，可跨越进程边界，支持多处理器，但线程切换开销大 七．并发执行的形式 1. 交替执行：单个CPU在多个线程或进程之间快速切换，给人一种同时执行的错觉 2. 并行执行：多CPU系统，不同线程或进程可以真正同时在不同处理器上运行 总结，处理器管理是操作系统的核心，涉及到中断处理、进程与线程管理、调度算法等多个方面，不同的系统架构和实现方式会影响系统的性能和可扩展性。理解这些概念对于优化系统性能和设计高效的并发程序至关重要。"