文档介绍：UNIX内核-进程调度(1)
 
进程调度(1)
作为多任务操作系统,进程调度是它的最基本的操作之一。希望在一台单处理器的机器上同时运行多个进程的时候,必须有某种形式的进程调度。这是明显的,因为在任何特定的瞬间,机器只能为一个进程执行一条命令。为了使机器上的若干个进程同时取得进展,必须由准备好运行的进程共享CPU时间。调度程序的任务是选择下一个准备好运行的进程,将CPU时间分配给它。
1. 背景
当调度程序进行调度任务时,它试图达到一些目标。我们将看到有些目标对调度程序提出的要求是互相冲突的。调度程序的最重要的目标有:
使每个进程公平地共享CPU时间。
使CPU的空闲时间达到最少(即保持CPU处于忙碌状态)。
吞吐能力达到最高。这表明在给定时间内完成任务的进程数达到最多。
使系统响应用户请求的时间达到最短。
似乎应该以某种方式优先考虑用户请求,但是这和所有进程公平共享CPU时间的目标明显发生冲突。
一般来说调度程序直接面对的问题是:当它启动进程时,对进程的了解很少。如进程平均使用多少CPU时间才停下来等待输入输出;以及进程提出输入输出请求后,平均用多长时间进行等待等是未知数。
另一个问题是:对进行输入/输出前占用很长CPU时间的进程应该采取什么措施?能让它独占CPU一直运行下去?显然不能、否则这一进程可能使所有的其他进程都处于停顿状态。
这说明在当前进程运行足够长的时间后,要有某种方法将CPU切换给另外一个进程。但是从哪里着手,又如何进行这样的调度。
这里有两种可能。第1种可能使让进程在CPU上运行一段时间后,自愿放弃对CPU的控制。第2种情况是找出某种办法强制进程释放对CPU的控制。第一种称为非抢先调度。第二种称为抢先调度。
当我们讨论线程(thread)时将看到;运行由相互协调的程序组成的系统时候,用非抢先调度进行切换是完全行的通的。然而对多用户环境下的进程调度来讲,更安全的做法是:最好的情况:进程间并不知道对方的存在。在最坏的情况:进程之间互相竞争CPU的使用。结果是在多用户的环境下几乎毫无例外地使用抢先调度。
具体的做法是:给每个进程分配一段最长的不间断的CPU时间,同时系统产生快速和周期性的时钟计时中断,用来决定进程什么时候拥有它的时间片。
当分配给当前进程的时间片消逝以后,调度程序投入运行,由它来决定是否还有准备好运行的进程,它是否比刚用完时间片的当前进程更有资格投入运行。如果有,由新的进程取代当前的进程,如果没有,让当前进程继续运行:
从前面的讨论可以看到,进程有几种不同的状态。随着不同事件的出现,在这些状态间进行切换。上图表示CPU调度程序控制下的简化的进程状态转换图,而且标出了在下列情况下发生的6种转换。
(start)转换。当进程首次被启动时(fork()),并没有让它直接控制CPU。而是将它置为可运行状态,和其他进程一起放在一个队列中。只要给它们分配CPU时间,就立即可以投入运行。
。在可运行进程队列中的进程,最终将被调度程序选中,在CPU上执行一段时间