处理机调度：抢占式与非抢占式策略解析

"本文主要介绍了处理机调度的三个层次，包括高级调度、中级调度和低级调度，并讨论了进程调度的时机以及不同类型的调度方式。此外，还提到了进程调度的一些特殊情况，如进程处于临界区时的调度问题，以及评估调度算法的几个关键指标。" 在操作系统中，处理机调度是非常核心的功能，它决定了哪些进程可以得到CPU执行。高级调度（作业调度）负责从外部的作业队列中选择作业，为它们分配内存和其他资源，并创建进程控制块（PCB），使作业具有竞争处理机的权利。中级调度（内存调度）则用于提高内存的利用率，将暂时不使用的进程换出到外存，待需要时再通过中级调度换入。低级调度（进程调度）是最基本的调度，它从就绪队列中选择一个进程分配处理机，通常在数十毫秒内进行一次。 进程调度可能发生在多种情况，例如进程主动放弃处理机（正常结束、异常、IO请求）、时间片结束或高优先级进程出现。然而，在某些特殊情况下，如中断处理、操作系统内核程序临界区以及原子操作进行时，不应进行进程调度。特别是，当进程正在访问敏感数据结构如就绪队列时，调度可能导致数据一致性问题，但非内核程序临界区的操作则不受此限制。 调度方式分为非抢占式（非剥夺式）和抢占式（剥夺式）。非抢占式调度不允许在运行过程中因新任务到来而中断当前进程，仅在进程主动退出、异常或IO阻塞时让出CPU。而抢占式调度允许高优先级任务或时间片耗尽时中断当前进程，提高了系统的响应速度。 进程切换涉及到保存原进程的状态并恢复新进程的状态，这包括程序状态字、程序计数器、寄存器和现场信息。尽管进程切换可以提高多任务处理的能力，但频繁切换也会带来开销，因此并非切换次数越多，系统效率就越高。 评估调度算法性能的指标主要包括CPU利用率（CPU忙碌时间与总时间的比例）、系统吞吐量（单位时间内完成的作业数量）以及周转时间（作业从提交到完成的时间）。平均周转时间是衡量用户等待时间的重要参考，有助于优化调度策略以提高用户体验。