#操作系统
当有一堆任务要处理，但由于资源有限，这些事情没法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序，这就是“调度”（schedule，dispatcher）研究的问题。
使用CPU调度机制可以解决以下问题：
- 如果进程正在等待执行，请尽可能使 CPU 保持繁忙状态。
- 缩短关键流程的执行时间。
- 智能地确定执行流程的优先级。
- 将响应时间保持在最低限度。
广义的调度分为三级调度——高级、中级、低级，又叫长周期、中周期、短周期调度。
高级调度又叫作业调度（Job Scheduler），作业的含义是指一个具体的任务。例如，作业是一次完成数据统计，实行一次打印输出等。 高级调度，按一定的原则从外存的作业后备队列（后备队列是位于外存中）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。
低级调度又称之为进程调度、处理机调度（CPU scheduling），其注意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。
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。
因此，中级调度又称之为内存调度（swapping out），即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。
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。这里，我们使用了七状态模型。
★注意“挂起”和“阻塞”的区别： 两种状态都是暂时不能获得CPU的服务，但挂起态是将进程映像调到外存去了，而阻塞态下进程映像还在内存中。 有的操作系统会把就绪挂起、阻塞挂起分为两个挂起队列，甚至会根据阻塞原因不同再把阻塞挂起进程进一步细分为多个队列。
| 调度类型 | 做的任务 | 调度发生在哪里 | 发生频率 | 对进程状态的影响 |
|---|---|---|---|---|
| 高级调度（作业调度） | 按照某种规则，从后备队列中选择合适的作业将其调入内存，并为其创建进程 | 外存->内存（面向作业） | 最低 | 无->创建态->就绪态 |
| 中级调度（内存调度） | 按照某种规则，从挂起队列中选择合适的进程将其数据调回内存 | 外存->内存（面向进程） | 中等 | 挂起态->就绪态（阻塞挂->阻塞态） |
| 低级调度（进程调度） | 按照某种规则，从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机 | 内存->CPU | 最高 | 就绪态->运行态 |
进程调度（低级调度），就是按照某种算法从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机。
什么时候需要进行进程调度与切换的情况？
- 进程正常终止;
- 运行过程中发生异常而终止;
- 进程主动请求阻塞（如 等待I/O）;
- 分给进程的时间片用完;
- 有更紧急的事需要处理（如 I/O中断）;
- 有更高优先级的进程进入就绪队列.
- 在处理中断的过程中。中断处理过程复杂，与硬件密切相关，很难做到在中断处理过程中进行进程切换。
- 进程在操作系统内核程序临界区中。
- 在原子操作过程中（原语）。原子操作不可中断，要一气呵成（如之前讲过的修改PCB中进程状态标志，并把PCB放到相应队列）。
错误辨析：
- √ 进程在操作系统内核程序临界区中不能进行调度与切换。----- 正确
- × 进程处于临界区时不能进行处理机调度。----- 错误
- 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）
- 非剥夺调度方式，又称非抢占方式（Non-Preemptive Scheduling）。
只允许进程主动放弃处理机。在运行过程中即便有更紧迫的任务到达，当前进程依然会继续使用处理机，直到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，适合于早期的批处理系统。 - 剥夺调度方式，又称抢占方式（Preemptive Scheduling）。
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进程，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。
狭义的“进程调度（process scheduling）”与“进程切换（process switch）”的区别：
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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进程，也可能是另一个进程，后一种情况就需要进程切换）。
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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。
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进程切换的过程实际上完成了：
- 对原来运行进程各种数据的保存；
- 对新的进程各种数据的恢复。 （如：程序计数器、程序状态字、各种数据寄存器等处理机现场信息，这些信息一般保存在进程控制块）
★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。
CPU利用率：指CPU “忙碌”的时间占总时间的比例。
系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量。
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（作业调度只发生一次）。
计算机的用户希望自己的作业尽可能少的等待处理机等待时间，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的，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。
对于计算机用户来说，会希望自己的提交的请求（比如通过键盘输入了一个调试命令）尽早地开始被系统服务、回应。响应时间，指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。