操作系统CPU调度详解：准则与算法

"CPU调度是操作系统中的核心功能之一，它涉及到如何有效地管理CPU资源，确保系统的高效运行。本文总结了操作系统概念第七版第五章关于CPU调度的知识点，涵盖了CPU调度的关键时刻、分派程序的功能、调度准则以及各种调度算法的应用场景。" 在CPU调度过程中，有四个关键时间节点会触发调度： 1. 当一个正在执行的进程进入等待状态，例如等待I/O操作或等待子进程结束，此时需要将CPU分配给其他就绪进程。 2. 进程因中断而从执行状态变为就绪状态，此时系统可以选择一个新的进程来执行。 3. 一个等待状态的进程完成其等待事件，比如I/O操作完成后，它会转变为就绪状态，等待CPU执行。 4. 当进程执行完毕，CPU需要选择新的进程继续运行。 分派程序在CPU调度中扮演着重要角色，它的任务包括： 1. 上下文切换：保存当前进程的状态，并加载新进程的状态，以便在后续恢复执行。 2. 切换到用户模式：调度器从内核模式转换到用户模式，使得新进程可以在用户空间执行。 3. 跳转到用户程序的合适位置：确保新进程能够从上次中断的地方继续执行。 调度准则通常关注以下几个指标： - CPU利用率：衡量CPU的繁忙程度，理想情况下，轻负荷系统应保持在40%~90%之间。 - 吞吐量：单位时间内CPU完成的进程数量，受进程长度影响。 - 周转时间：从进程提交到完成的总时间，包括等待时间和执行时间。 - 等待时间：进程在就绪队列中等待的时间总和。 - 响应时间：从请求到首次响应的时间，衡量交互性。 调度策略需要根据系统的不同需求进行调整： - 批处理系统优先考虑吞吐量和周转时间，以最大化CPU的利用效率。 - 交互式系统强调响应时间，以提供良好的用户体验。 - 实时系统则必须确保在预定的时限内完成任务，避免数据丢失。 常见的调度算法有： - 批处理系统：如FCFS（先来先服务）、SJF（最短作业优先）、多级反馈队列等。 - 交互式系统：如RR（时间片轮转）、优先级调度等。 - 实时系统：如静态优先级调度、动态优先级调度等。 理解这些调度准则和算法对于设计和优化操作系统至关重要，有助于提升系统性能并满足不同应用的需求。