第二章 处理器管理

处理器管理（最核心功能）

处理器及中断

指令分类：数据处理类指令，转移类指令，数据传送类指令，移位与字符串指令，I/O类指令。

中断码：保存程序执行时当前发生的中断事件。

中断屏蔽位：指明程序执行中发生中断事件时，是否响应出现的中断事件。

进程及其实现

进程的定义和性质

进程是可并发执行的程序在某个数据集合上的一次计算活动，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。

进程是一个既能用来共享资源，又能描述程序并发执行过程的一个基本单位

进程是动态的，程序是静态的；进程是暂时的，程序是永久的

进程：代码+数据+状态，

进程的状态和转换

挂起状态：无法立即执行，进程进入挂起状态是由于操作系统、父进程或进程本身阻止它的运行，结束进程挂起状态的命令只能通过操作系统或父进程发出。

进程的描述和组成

进程切换与模式切换

进程的控制和管理

线程及其实现

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处理器调度

处理器调度的层次

高级调度：多道批处理系统，选择作业进入主存，通常不需要分时系统

中级调度：外存与内存中的进程对换，提高主存的利用率

低级调度：就绪\(\to\)运行，操作系统必备

后备作业队列一般由高级调度负责，将其分配后，挂起就绪队列与挂起等待队列由中级调度负责，而就绪队列由低级调度负责。

选择调度算法的原则

CPU利用率：\(\displaystyle \frac{\text{CPU有效工作时间}}{\text{CPU总运行时间}}\)

CPU总运行时间=CPU有效工作时间+CPU空闲等待时间

吞吐率：单位时间内CPU处理作业的数目

公平性：避免饥饿

响应时间：交互式进程从提交一个请求到接收到响应之间的时间间隔（实时系统，分时系统的重要指标）

周转时间：批处理用户从作业提交给系统开始，到作业完成为止的时间间隔称作业周转时间（批处理系统的重要指标）

作业周转时间/平均作业周转时间：如果作业\(i\)提交给系统的时刻是\(t_s\)，完成时刻是\(t_f\)，该作业的周转时间为\(t_i=t_f-t_s\)

带权周转时间/平均带权周转时间：如果作业\(i\)的周转时间为\(t_i\)，所需运行时间为\(t_k\)，则称\(w_i=\displaystyle \frac{t_i}{t_k}\)为该作业的带权周转时间

作业和进程的关系

作业的管理与调度

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Linux和Windows处理器调度算法

低级调度的功能和类型

调度：实现调度策略：组织和维护就绪进程队列，包括确定调度算法按调度算法组织和维护就绪进程队列。

分派：实现调度机制：当处理机空闲时，从就绪队列队首中移一个PCB，并将该进程投入运行，负责上下文切换等。

类型：剥夺式：高优先级进程/线程可剥夺低优先级进程/线程，当运行进程/线程时间片用完后被剥夺（用户程序）

非剥夺式：一直运行，直到完成或自我放弃（内核关键程序）

作业调度和低级调度算法

先来先服务算法（FCFS）

作业1，2，3同时到达，分别耗时28，9，3。提交顺序为1，2，3时，平均周转时间为35；提交顺序为3，2，1时，平均周转时间为18。

最短作业优先算法（SJF）

以进入系统所要求的CPU时间为标准，总选取估计计算时间最短的作业投入运行。比FCFS好。

缺点：很难估计作业运行时间，容易出现饥饿，非抢占式

最短剩余时间优先算法（SRTF）

将SJF算法改为抢占式的，不但适用于工作调度，同样适用于进程调度。

进程	到达系统时间	所需CPU时间/ms
P1	0	8
P2	1	4
P3	2	9
P4	3	5

SJF算法平均等待时间：7.75ms；SRTF算法平均等待时间：6.5ms

响应比最高者优先算法（HRRF）

FCFS只考虑等待时间，忽略运行时间；SJF只考虑运行时间，忽略等待时间。HRRF是折中方案。

响应比：\(\displaystyle 1+\frac{\text{已等待时间}}{\text{估计运行时间}}\)，响应比最大的最先运行.

优点：短作业容易得到较高响应比，长作业等待时间足够长后，也将获得足够高的响应比，不会发生饥饿现象。

静态优先算法

使用外围设备频繁者优先级高，有利于提高效率

重要算题程序的进程优先级高，有利于用户

进入计算机时间长的进行优先级高，有利于缩短作业完成的时间

交互式用户的进程优先级高，有利于终端用户的响应时间

动态优先算法

根据进程占有CPU时间多少来决定：进程占有CPU时间愈长，在它被阻塞之后再次获得调度的优先级就越低。

根据进程等待CPU时间多少来决定：当进程在就绪队列中等待时间愈长,那么，在它被阻塞之后再次获得调度的优先级就越高。

实时调度算法

多处理机调度算法