操作系统备考学习 day4 （2.1.7 - 2.2.4）

二、进程与线程

2.1 进程与线程

2.1.7 线程的状态与转换

线程的状态与转换

线程的组织与控制

2.2 处理机调度

2.2.1 调度的概念、层次

调度的三个层次：高级调度

高级调度(作业调度)
按照一定的原则从外存的作业后备队列中挑选一个作业调入内存，并创建进程。**每个作业只调入一次，调出一次。**作业调入时会建立PCB，调出时才撤销PCB。

调度的三个层次：低级调度

低级调度(进程调度/处理机调度)
按照某种策略从就绪队列中选取一个进程，将处理机分配给它。
进程调度是操作系统中最基本的一种调度，在一般的操作系统中都必须配置进程调度。
进程调度的频率很高，一般几十毫秒一次。

调度的三个层次：中级调度

内存不够时，可将某些进程的数据调出外存。等内存空闲或者进程需要运行时再重新调入内存。暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态。被挂起的进程PCB会被组织成挂起队列。
中级调度（内存调度）
按照某种策略决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存。
一个进程可能会被多次调出、调入内存，因此中级调度发生的频率要比高级调度更高

补充：进程的挂起态与七状态模型
暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态（挂起态，suspend）
挂起态又可以进一步细分为就绪挂起、阻塞挂起两种状态
五状态模型-》七状态模型

2.2.2 进程调度的时机切换与过程调度的方式

进程调度的时机
进程在操作系统内核程序临界区中不能进行调度与切换 √
（真题）进程处于临界区时不能进行处理机调度 ×

临界资源：一个时间段内只允许一个进程使用的资源。各进程需要互斥地访问临界资源
临界区：访问临界资源的那段代码

内核程序临界区一般是用来访问某种内核数据结构的，比如进程的就绪队列（由各就绪进程的PCB组成）

进度调度的方式

非剥夺调度方式，又称非抢占方式。即，只允许进程主动放弃处理机。在运行过程中几遍有更紧迫的任务到达，当前进程依然会继续使用处理机，知道该进程终止或主动要求进入阻塞态
实现简单，系统开销小，但是无法及时处理紧急任务，适合于早起的批处理系统

剥夺调度方式，又称抢占方式。当一个进程正在处理机上执行时，如果有一个更重要或更紧迫的进程需要使用处理机，则立即暂停正在执行的过程，将处理机分配给更重要紧迫的那个进程。
可以优先处理更紧急的进程，也可实现让各进程按时间片轮流执行的功能（通过时钟中断）。适合于分时操作系统、实时操作系统。

进程的切换与过程

“狭义的进程调度”与“进程切换”的区别：
狭义的进程调度指的是从就绪队列中选中一个要运行的进程（这个进程可以是刚刚被暂停执行的过程，也可能是另一个进程，后一种情况就需要进程切换）
进程切换是指一个进程让出处理机，由另一个进程占用处理机的过程

广义的进程调度包含了选择一个进程和进程切换两个步骤

进程切换的过程主要完成了：

1. 对原来运行进程各种数据的保存
2. 对新的进程各种数据的恢复

注意：进程切换是有代价的，因此如果过于频繁的进行进程调度、切换，必然会使整个系统的效率降低，使系统大部分时间都花在了进程切换上，而真正用于执行进程的时间减少。

2.2.3 调度器、闲逛进程

调度程序决定：
让谁运行？-- 调度算法
运行多长时间？ – 时间片大小

调度时机 – 什么事件会触发“调度程序”？

• 创建新进程
• 进程退出
• 运行进程阻塞
• I/O中断发生（可能唤醒某些阻塞进程）
• 非抢占式调度策略，只有运行进程阻塞或退出才触发调度程序工作
• 抢占式调度策略，每个时间中断或k个时钟中断会触发调度程序工作。

闲逛进程

调度程序永远的备胎，没有其他就绪进程时，运行闲逛进程（idle）
闲逛进程的特性：

• 优先级最低
• 可以是0地址指令，占一个完整的指令周期（指令周期末尾例行检查中断）
• 能耗低

2.2.4 调度算法的评价指标

CPU利用率

指CPU“忙碌”的时间站总时间的比例
利用率 = 忙碌的时间 / 总时间

系统吞吐量

单位时间内完成作业的数量
系统吞吐量 = 总共完成了多少道作业 / 总共花了多少时间

周转时间

是指从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔
它包括四个部分：作业在外存后备队列上等待作业调度（高级调度）的时间、进程在就绪队列上等待进程调度（低级调度）的时间、进程在CPU上执行的时间、进程等待I/O操作完成的时间。后三项在一个作业的整个处理过程中，可能发生多次。
周转时间 = 作业完成时间 - 作业提交时间
平均周转时间 = 各作业周转时间之和 / 作业数
带权周转时间 = 作业周转时间 / 作业实际运行的时间 = (作业完成时间 - 作业提交时间) / 作业实际运行时间
带权周转时间必然≥1，带权周转时间与周转时间都是越小越好
平均带权周转时间 = 各作业带权周转时间之和 / 作业数

等待时间

指进程/作业处于等待处理机状态时间之和，等待时间越长，用户满意度越低。
对于进程来说，等待时间就是指进程建立后等待被服务的时间之和，在等待I/O完成的期间其实进程也是在被服务的，所以不计入等待时间。
对于作业来说，不仅要考虑建立进程后的等待时间，还要加上作业在外存后备队列中等待的时间

一个作业总共需要被CPU服务多久，被I/O设备服务多久一般是确定不变，因此调度算法其实只会影响作业/进程的等待时间。当然，与前面指标类似，也有“平均等待时间”来评价整体性能。

响应时间

指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间