操作系统的调度

操作系统的调度是指操作系统根据一定的策略和算法，对系统中的进程或线程进行资源分配和执行顺序的安排，以实现高效、公平地利用系统资源，满足不同应用程序和用户的需求。以下从调度的层次、算法和时机等方面为你详细介绍：

调度层次

• 高级调度（作业调度）：主要用于批处理系统中。它决定了哪些作业可以进入系统的内存中进行处理。作业调度从外存的后备队列中选择作业，为其分配内存等资源，并将其放入就绪队列。
• 中级调度（内存调度）：其主要任务是根据内存资源情况，决定将哪些暂时不能运行的进程从内存中换到外存的对换区，以及在适当的时候将外存中的进程换入内存。中级调度可以提高内存利用率和系统的并发度。
• 低级调度（进程/线程调度）：是操作系统中最基本的调度，它决定了就绪队列中的哪个进程或线程能够获得CPU资源并执行。低级调度的频率较高，通常在毫秒级甚至更短的时间内进行一次调度。

调度算法

• 先来先服务（FCFS）：按照进程或作业到达的先后顺序进行调度。优点是实现简单、公平；缺点是如果前面的进程执行时间较长，会导致后面的进程等待时间过长，特别是对于短进程，可能会使其响应时间过长。
• 短作业优先（SJF）：选择预计执行时间最短的进程或作业优先调度。可以有效减少平均周转时间，但可能会导致长作业长时间等待，甚至出现饥饿现象。
• 优先级调度：为每个进程或作业分配一个优先级，优先级高的先执行。可以根据系统的需求和进程的重要性来设置优先级，但如果不采取适当的措施，可能会导致低优先级的进程长期得不到执行。
• 时间片轮转：将CPU时间划分为固定大小的时间片，就绪队列中的进程轮流获得一个时间片来执行。如果在时间片内进程没有执行完，就会被暂停并放回就绪队列，等待下一次调度。这种算法可以保证每个进程都能得到一定的CPU时间，适用于分时系统，能提供较好的交互性。
• 多级反馈队列调度：设置多个就绪队列，每个队列具有不同的优先级和时间片大小。新进程进入系统后，先进入最高优先级队列，如果在该队列中一个时间片内没有执行完，则会被移到下一个队列。随着队列优先级的降低，时间片大小会逐渐增大。这种算法综合了多种算法的优点，能较好地适应不同类型的进程。

调度时机

• 进程状态转换时：如进程从运行状态变为阻塞状态（例如等待I/O操作完成），或者从阻塞状态变为就绪状态（例如I/O操作完成）时，需要进行调度，以决定是否让其他就绪进程占用CPU。
• 时间片用完时：对于时间片轮转调度算法，当进程的时间片用完后，系统会进行调度，将CPU分配给其他就绪进程。
• 有更高优先级的进程进入就绪队列时：在优先级调度算法中，如果有更高优先级的进程进入就绪队列，系统可能会立即进行调度，让高优先级的进程优先执行。
• 进程主动放弃CPU时：例如进程执行了 sleep 函数或者调用了其他会导致其主动暂停执行的系统调用，此时系统会进行调度，选择其他就绪进程来运行。