3.3 进程控制与调度

3.3.1 进程执行

3.3.2 进程调度

3.3.3 进程调度算法

3.4 作业与进程的关系

3.5 线程引入

3.3 进程控制与调度

3.3.1 进程执行

系统模型：内核程序嵌入进程运行。

执行模式（态）：进程可在用户态和核心态下运行。

进程模式切换：一个进程既运行用户态程序，在系统调用和中断转换到核心态时，运行操作系统核心程序。（进程不变，只是从用户态—>核心态）

进程切换：指进程进入操作系统核心后，因为自身等事件，或有更迫切需要运行的进程就绪，而让出处理机，处理机转去运行其他进程。

进程切换过程

保存处理机上下文，包括程序计数器PC、处理机状态字PS、其他寄存器
修改当前运行进程的进程控制块内容，包括将进程状态从运行态改为其它状态。
选择另一个进程（按照调度算法）
修改被调度进程的进程控制块，包括把其状态改变到运行态。
恢复被选进程（上次切换出处理机时）的处理机现场，按原保护的程序计数器值重置程序计数器PC，运行新选进程。

注：

前面阻塞不能运行，所以阻塞
实现多道程序设计，多进程并发使用cpu，不让用，所以变为阻塞/就绪
原来是就绪态，才能被调度。

3.3.2 进程调度

特指选择进程占用处理机。

一、调度的含义

1、什么是调度：操作系统管理了系统有限的资源，当有多个进程（或多个进程发出的请求）要使用这些资源时，因为资源的有限性，必须按照一定的原则选择进程（请求）来占用资源，这就是调度。

2、调度目的：控制资源使用者的数量，选取资源使用者占用资源。

二、几种不同调度例子

1、高级调度：选取输入井中的作业（仅限于批作业调度），生成根进程，开始执行作业步。目的是控制使用2系统资源的进程数。（控制作业进入，就是控制进程的生成）

2、中级调度：选取进程占用内存或有资格占用内存，又称进程滚入滚出。（控制就绪队列、就绪挂起队列、阻塞挂起队列、阻塞队列）

3、低级进程：选取进程占用处理机，又称进程调度。（控制就绪队列中，哪个进程在处理机执行）

4、IO请求调度：设备驱动程序选取IO请求执行。

三、进程调度方式

注意：进程调度在核心态运行

1、非剥夺：只有当处理机上的进程主动放弃处理机时才重新调度。

2、剥夺调度：当进程运行时可以被操作系统以某种原则剥夺其处理机。

四、调度与切换时机

当发生引起调度条件，且当前进程无法继续运行下去时（如发生各种进程放弃处理机的条件）可以马上进行调度与切换。
当中断处理结束，或系统调用处理结束返回被中断进程的用户态程序执行前，若申请调度标志置上，即可马上进行进程调度与切换。如果操作系统支持这种情况下运行调度程序，即实现了剥夺方式的调度。
实时系统还有其它调度与切换时机。

两个时机：一个是在中断处理前，从就绪变为阻塞状态的用户程序，另一个是中断处理结束后。

3.3.3 进程调度算法

调度算法要求：高资源利用率、高吞吐量、用户满意等原则

FCFS：谁先到就绪队列，将处理机分给谁
短进程优先：取一个下次所需运行时间最短的进程（该算法能使平均等待时间最短）
最高响应比优先法：响应比R定义如下：R=(W+T)/T=1+W/T（W为等待时间，T为下次所需运行时间）
优先级调度：选优先级最高的进程占用处理机（优先级也可动态改变）
轮转调度法：以先来后到的次序+时间片轮转
多级反馈队列调度法：设置多条就绪队列，进程被调度执行后，在被剥夺或放弃处理机后而在就绪时可以改变其就绪队列。（第一级队列的优先级最高，队列的运行时间片不同，若某个进程的时间片内没有完成工作，则把它放在下一个队列的末尾，长进程自动下沉到下面的队列）

举例：设计一个多级反馈队列调度算法

以优先级设置多队列
各队列的调度算法采用FCFS+时间片
进程优先级升降原则是：等待CPU过久升，输入输出完成插入就绪队列时升，运行完一个完整时间片降...
进程最初进入就绪队列以用户初值优先级为参数

3.4 作业与进程的关系

作业：是用户对计算机的一次独立的使用过程
进程：是分配计算机资源的单位，是用户任务运行的实体，作业可包含多个进程（至少一个）
批处理系统作业与进程关系：作业调度程序每选择一道作业运行时，首先为该做业创建一个根进程，该进程执行作业控制语言解释器程序，在解释执行作业步时，可根据需要创建多个子进程

分时系统作业与进程之关系：把用户的一次上机过程看成是一个交互作业（内部表示及外部特征都有别于批作业），系统为每个终端设备生成一个进程，该进程运行终端命令解释器。进程在解释执行命令时还可以创建多个子进程。
支持分时与批处理的系统作业提交方法：用户可以通过交互式命令提交子作业（如：at-f
/root/bin/ss now 表示提交一个作业控制说明书文件名为ss的作业到作业输入队列。或
直接拍入"shell ss ” 表示马上生成一个进程执行命令解释器，解释执行ss中的命令）

3.5 线程引入

轻权进程(Light-Weight Process) 的引入：同一作业的不同进程之间会有许多的协作，需要进行数据交换，但进程有自己独立的存储空间，互相不干扰。如果要进行进程间数据交换，则需要通过操作系统相关系统调用进行交换，为了方便进程间交换数据，一种共享存储空间的进程概念应运而生，我们叫它为轻权进程（ Light-Weight Process ）
线程的引入：随着共享内存多CPU 计算机的发展，迫切需要加速进程的运行速度，事实上进程中运行的程序也是有可并行执行的语句。因为进程内程序执行的顺序性，不可能实现进程内可并行成分的并行执行。为此，线程的概念呼之欲出。在一个进程中可以包含多个可以并发（并行）执行的线程。系统按进程分配所有除CPU 以外的系统资源（如内存，外设，文件等），而程序则依赖于线程运行，系统按线程分配CPU资源。引入线程后，进程概念内涵改变了，进程只作为除CPU 以外系统资源的分配单位，不再以进程为单位占用CPU 。

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