进程调度的关键时刻：中断、内核临界区与原子操作

"进程调度的时机、切换与过程、方式" 在计算机系统中，进程调度是操作系统核心功能之一，它负责管理系统的处理器资源，确保多个进程公平且高效地使用CPU。本节主要探讨了进程调度的几个关键方面：调度的时机、切换与过程，以及调度方式。 1. **进程调度的时机** - **主动放弃处理机**：当一个进程执行完毕或者自愿地调用系统调用进入阻塞状态时，它会主动放弃处理器，此时操作系统可以进行调度。 - **被动放弃处理机**：例如，当时间片用完或有优先级更高的进程到来时，当前运行的进程会被强制暂停，以便为新进程让出CPU。 - **进程异常或终止**：进程在运行过程中如果出现错误或异常，系统会停止该进程并调度其他进程。 - **I/O请求**：进程等待I/O操作完成时，会进入阻塞状态，此时可调度其他就绪进程。 - **中断处理**：当硬件中断发生，如磁盘读写完成，系统需要响应中断，但在此过程中不进行进程切换。 - **临界区访问**：进程在操作系统内核的临界区执行时，为了保护数据结构的完整性，不允许调度。 2. **不能进行进程调度的情况** - **处理中断过程**：中断处理涉及硬件交互，为了保证其完整性和效率，不应在中断处理期间切换进程。 - **内核程序临界区**：进程在访问临界资源，如就绪队列，若尚未退出，调度可能导致死锁，因为调度程序可能也需要访问相同的资源。 - **原子操作**：在执行原子操作（原语）期间，不允许中断，否则会破坏操作的完整性。 3. **临界资源与临界区** - **临界资源**：指同一时间内只能由一个进程访问的资源，例如打印机。 - **临界区**：访问临界资源的代码段。在临界区内，必须保证互斥访问，防止数据冲突。 - **内核程序临界区与普通临界区**：内核程序临界区对操作系统内核数据结构的访问需避免调度，而普通临界区的资源访问则允许调度，因为它们通常不会直接影响内核的管理。 4. **进程调度的切换与过程** - **切换前**：保存当前进程的状态，包括寄存器、内存映射等信息，并将其PCB（进程控制块）放入相应队列。 - **切换中**：选择下一个要执行的进程，通常是就绪队列中的一个进程。 - **切换后**：恢复新进程的状态，更新内存映射，恢复寄存器值，然后继续执行。 5. **调度方式** - **先来先服务（FCFS）**：按进程到达就绪队列的顺序进行调度。 - **短作业优先（SJF）**：优先调度预计运行时间最短的进程。 - **优先级调度**：根据进程的优先级高低进行调度，可以是抢占式或非抢占式。 - **轮转法（RR）**：每个进程分配一定时间片，到时切换，保证所有进程都有机会执行。 了解这些调度机制和原则，对于理解和优化操作系统的性能至关重要，特别是在多任务环境中，合理的进程调度能够提高系统的响应时间和整体效率。