2.1.7 进程调度的时机、切换与过程、方式

知识总览

2.1.7.1 进程调度的时机

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。

需要注意的是一些表述的问题。

进程在操作系统内核程序临界区中不能进行调度和切换。√

进程处于临界区不能进行处理机调度。×

这里两个表述的差异就在于名词：内核程序临界区和临界区的区别。

临界资源：一个时间段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。这个时候一般来说快点访问完快点结束。这涉及到封锁表的问题，在数据库中我们也曾经谈过这个上锁的问题，实际上操作系统也有上锁，也就是说，当你的进程1在访问内核程序的临界资源的时候，其他进程例如进程2无法同时访问，因为该内核程序临界资源被进程1上锁了，也就是说，此时如果你还去做进程的调度和切换，势必会导致占用该资源时间过长，拖延了其他进程使用该资源的时间；如果不是内核程序的临界资源倒也无所谓，但是如果是内核程序临界区访问的临界资源不尽快释放的话，极有可能影响到操作系统内核的其他管理工作。因此在访问内核程序临界区期间不能进行调度和切换。

而如果不是内核程序，是普通的临界区如打印机打印，那么在打印机打印完成之前，进程一直处于临界区内，临界资源不会解锁。但打印机又是慢速设备，CPU帮操作系统把进程对应的资源塞到打印机门口了，然后一直在等待打印完，这是不合理的，此时如果一直不允许进程调度的话就会导致CPU一直空闲。

普通临界区访问的临界资源不会直接影响操作系统内核的管理工作。因此在访问普通临界区时可以进行调度和切换。

回到前面讲的进程调度的时机。有的系统中，只允许进程主动放弃处理机；有的系统中，进程可以主动放弃处理机，当有更紧急的任务需要处理时，也会强行剥夺处理机（被动放弃）。由此我们引出了下一小节：进程调度的方式。

2.1.7.2 进程调度的方式

进程调度的方式可以分为两种：非剥夺调度方式和剥夺调度方式。

非剥夺调度方式，也称为非抢占方式。即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。

这种方式实现简单，系统开销小但是无法及时处理紧急任务，适合早期的批处理系统。

剥夺调度方式，又称为抢占方式。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进程，将处理机分配给更重要紧迫的那个进程。

这种方式可以优先处理更紧急的过程，也可以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。

2.1.7.3 进程的切换和过程

这里需要知道的是两个每次的区别：狭义进程调度和进程切换的区别。

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进程，也可能是另一个进程。

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

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，因此如果过于频繁地进行进程调度、切换，比如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，而真正用于执行过程的时间减少。

2.1.7.4 小结

该小节含有的知识较多，不是考试的重点，但是也需要理解。