进程调度

进程调度是操作系统的核心功能之一，以下为你详细介绍：

进程调度的概念

进程调度是指操作系统按照一定的策略，动态地把处理机分配给处于就绪队列中的某一个进程，以使之执行。其主要目的是提高CPU利用率、增加系统吞吐量、减少进程等待时间和提高系统响应速度等。

进程调度的时机

• 正在执行的进程执行完毕。
• 执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等状态。
• 执行中进程调用了P原语操作，从而因资源不足而被阻塞；或调用了V原语操作激活了等待资源的进程队列。
• 执行中进程提出I/O请求后被阻塞。
• 在分时系统中时间片已经用完。
• 在执行完系统调用等系统程序后返回用户进程时。
• 就绪队列中的某进程的优先级变得高于当前执行进程的优先级（在可剥夺式调度中）。

进程调度算法

• 先来先服务调度算法（FCFS）：按进程进入就绪队列的先后顺序分配CPU，先进入的进程先执行。该算法简单，但不利于短进程，常用于批处理系统。
• 短作业（进程）优先调度算法（SJF/SPF）：对短作业或短进程优先调度。可降低平均周转时间，但对长进程不利，且需要事先知道进程的运行时间，实际中较难实现。
• 优先级调度算法：
  • 非抢占式优先权算法：系统把处理机分配给优先权最高的进程后，该进程一直执行直至完成或因事件放弃处理机。常用于批处理系统或对实时性要求不严的实时系统。
  • 抢占式优先权调度算法：当有更高优先权的进程进入就绪队列时，立即暂停当前进程，将处理机分配给新的高优先级进程。常用于严格的实时系统及对性能要求高的批处理和分时系统。
• 高响应比优先调度算法：综合考虑进程的等待时间和服务时间，响应比 =（等待时间 + 服务时间）/服务时间。既照顾了短作业，又考虑了作业到达的先后次序，不会使长作业长期得不到服务。
• 轮转调度算法：将CPU的处理时间分成固定大小的时间片，就绪进程按FCFS原则排队，每个进程轮流获得一个时间片的处理机时间。如果进程在时间片内未完成任务，则排到就绪队列末尾等待下一次调度。时间片长度的选取很重要，会影响系统开销和响应时间。
• 多级反馈队列调度算法：设置多个就绪队列，各队列优先级不同，优先级越高的队列时间片越小。新进程先进入第一队列，按FCFS原则排队等待调度，若在一个时间片内未完成，则转入下一级队列，如此下去，最后一级队列采用时间片轮转方式运行。该算法不必事先知道进程所需执行时间，能满足各种类型进程的需要。

进程调度的切换过程

• 保存当前进程的上下文：包括程序计数器、寄存器的值、进程状态等信息，以便后续恢复进程执行。
• 选择下一个要执行的进程：依据调度算法从就绪队列中挑选进程，如优先级调度选优先级最高的进程，时间片轮转则按顺序选择下一个进程。
• 恢复选中进程的上下文：将选中进程的上下文信息从内存中读出，恢复到相应硬件部件中，使进程能从上次暂停处继续执行。
• 更新进程控制块（PCB）信息：更新选中进程的PCB中进程状态等信息，同时更新其他进程的PCB信息，如将被换下进程的状态从运行态变为就绪态或阻塞态。

进程调度的方式

• 非抢占式调度：进程获得CPU后一直运行，直到主动放弃CPU，如执行完毕、进入阻塞状态或主动调用系统调用让出CPU。实现简单，但可能导致系统响应时间长，其他就绪进程等待久。
• 抢占式调度：系统可根据策略，如优先级、时间片等，强制暂停当前进程，将CPU分配给其他更需要的进程。能保证系统对紧急事件快速响应，提高实时性和公平性，但实现复杂，系统开销大。