操作系统 - 处理器管理

第二章处理器管理

概述

•处理器管理是操作系统中最核心的部分，

因为它管理的也是计算机中最重要的硬件

•处理器管理负责管理、调度和分配处理器,

并控制程序的执行。

•处理器管理的优劣直接影响系统的性能

•操作系统中最重要的是处理器管理

•处理器管理中最重要的是处理器调度

•两种并发的形式：

①交替执行（单CPU）

②并行执行（多CPU）

•在设计一个操作系统时，既要考虑单CPU,

也要考虑多CPU

•或者说，在设计时，不能假设CPU的数目

•对一个进程的资源，在调度时还可以进一

步细分，最小的调度单位称作线程(Thread)

•各种操作系统对线程的实现方式，各不相

同

处理器硬件介绍

1.体系结构

处理器的任务：按照程序计数器的指向，

从主存中读取指令，对指令进行译码，取

出操作数，然后执行指令

•根据处理器的数目，可以分为单处理器系

统和多处理器系统

•早期的计算机是单处理器结构，采用流水

线、发射体系结构等技术，加快指令的执

行

•并行技术出现后，发展得比较好的一种体

系结构为：多指令流多数据流结构

•分为两类

①共享存储

②分布式存储

①所谓共享式存储，是指共享所有处理器,

平等地访问同一个物理内存

根据处理器分配策略，又可以分为两类：

I.主从式系统(Main/SlaveMulti-

Processor,MSP)

ii,对称式系统(SymmetricMulti-

Processor,SMP)

•MSP：在特别的处理器上运行内核，在其

他处理器上运行系统程序和应用程序

•优点：实现简单

•缺点：主CPU一旦崩溃，系统就崩溃，且

主CPU会成为系统性能的瓶颈

•SMP：内核与应用程序可以运行在任意

CPU

•优点：对称性，单一地址空间，可靠性、

扩充性好

•缺点：实现复杂

②分布式存储：每个处理单元有自己独立的

主存与通道，各个单元之间通过线路或网

络相连

例如集群（Cluser）就是一种典型的分布

式系统

2.寄存器

寄存器用于存储数据、变量和运算的中间

结果，用于加快运算，保存状态

某时刻寄存器的内容，描述了一个进程当

时的执行状态，称为处理器现场

3.指令

每台计算机的机器指令的集合，称为指令

系统，它反映了该计算机的能力

•指令的分类：

①数据处理类

②转移类

③数据传送类

④移位与字符串类

⑤I/O类

•指令可分为特权指令和非特权指令

•特权指令，是指只能被内核使用的指令，

比如启动设备，设置时钟，控制中断屏蔽

位，清空主存，建立存储键，加载PSW等

关键操作

•非特权指令，是指可以被应用程序使用的

一些指令，当然内核也可以使用

•即，内核可以使用全部指令（特权与非特

权），而应用程序只能执行非特权指令

•如果应用程序中出现了特权指令，则会产

生保护中断，程序会转入特定的异常处理

程序进行处理

4.处理器状态：表明此时处理器是运行在内

核上还是应用程序上，即当时可以使用哪

些指令

分为两种状态：核心态（KernelMode,

也叫管态），用户态（UserMode,也叫

目态）

•核心态：

•运行在内核上

•可以执行所有指令

•可以访问所有内存与其他资源

•可以改变处理器状态

•用户态：

•运行在一般应用程序上

•只能执行非特权指令

•只能访问属于该进程的内存和其他资源

•不能改变处理器状态，除非采用特定的方

式

•Intelx86中，定义了这么几种级别

①0内核级

②1系统调用级

③2共享库级

④3应用程序级

实际使用时，根据操作系统自己的策略

•何时可由用户态转入核心态，两种途径:

①执行系统调用，申请操作系统服务

②产生中断或异常

•前者为应用程序主动发起的

•后者是由于产生了意外事件导致的

•总之，应用程序需要在受控制的情况下，

改变处理器状态，并被安排跳转到指定的

地方开始执行

5.程序状态字

PSW(ProgramStatusWord),主要作

用是实现程序状态的保护与恢复

•每个CPU都有一个存放PSW的硬件装置，

而相应，每一个进程都有一个PSW的数据

结构，当某一个进程占用CPU执行时，它

把自己的PSW放入CPU,当这个进程被换

出时，也更新它的PSW数据结构

•注：并非每个CPU都有一个真正的PSW寄

存器，一些CPU采用几个寄存器来实现

PSW寄存器的方式

•如Intelx86中，用EFLSGS和EIP来表示

PSW

•分为三类标志

①状态标志：OF,SF,ZF,AF,CF,PF,

AC,串扫描，串比较等。

②控制标志：DF,VM,IF位

③系统标志：IOPL,NT,RF,用户保护模

式

•现代的操作系统，是由中断驱动的

1.定义(interrupt)：是指在程序执行过程

中，遇到急需处理的事件时，暂时中止现

行程序在CPU上的运行，转而执行相应的

事件处理程序，待处理完成后，再返回断

点或调度其他程序执行

•请大家思考下，中断有什么好处?

•中断最初是用来解决CPU轮询外围设备导

致大量浪费CPU时间的问题，后来这种机

制被应用到其他各种情形中，包括系统调

用、异常，也出现了用软件模拟中断机制

这种行为

•中断有中断源或中断装置发出，其共性：

改变处理器的操作执行次序，同时也是实

现了把控制权从应用程序转移出来的功能,

比如从应用程序转移到内核

2.分类：

按照中断是由硬件还是软件发出的，可分

为：

①硬中断：由硬件发给CPU的中断

②软中断：由软件发给软件的中断

硬中断可以继续按照中断源硬件所处的

位置，分为：

I.外中断：来自处理器之外的硬件产生的

中断信号，比如键盘中断，设备中断

II.内中断：来自处理器内部的硬件产生的

中断

•外中断信号，不一定是代表了一定发生了

需要CPU处理的事情，很多时候，只是告

诉一下CPU设备完成了某项工作，这个时

候，CPU其实并不一定要知道这个中断发

生了

•因此，外中断可以分为可屏蔽中断与不可

屏蔽中断

•有一些中断，是比较紧急的情况，是不可

以忽略的，CPU在收到这些中断信号后，

必须马上进行处理，否则会引起系统的问

题，这些就是不可屏蔽中断

内中断：CPU在运算过程中，也会出现一

些错误或者意外事件，这里面一部分是运

算发生了错误，比如除数为零等，另外一

部分是程序“故意”而为之，目的就是触

发中断机制，使控制权强行跳转到另一个

地方

一般，把外中断就叫做“中断”，内中断

叫做“异常”，有些书上，把故意而为之

的异常，称为“陷阱”，把异常中的错误,

叫“故障”

•具体对内中断（异常）的产生原因，做一

下分类：

①访管中断：主动引发进行系统调用

②硬件故障：处理器内部的硬件问题

③程序性异常：运算过程中出现错误，比如

除数为0、页故障、地址越界等

•异常均不可屏蔽，因为其不是错误，就是

有意为之，都是有目的的，而中断则是要

分情况，有些可屏蔽，有些不可屏蔽

•举例：Intelx86规定的一些中断和异常:

Table6-1.ExceptionsandInterrupts

VectorNo.Mnemonic

DescriptionSource

0#DEDivideErrorDIVandIDIVinstructions.

1#DBDebugAnycodeordatareference.

2NMIInterruptNon-maskableexternalinterrupt

3#BPBreakpointINT3instruction

4*OFOverflowINTOinstruction

5*BRBOUNDRangeExceededBOUNDinstruction

6#UDInvalidOpcode(UnDefinedUD2instructionorreservedopcode"

Opcode)

7#NMDeviceNotAvailable(NoMathFloating-pointorWAir/FWAITinstrucnon

Coprocessor)

8#DFDoubleFaultAnyinstructionthatcangeneratean

exception,anNMI,oranINTR.

9#MFCoProcessorSegmentOverrunFloating-pointinstruction.2

(reserved)

10#TSInvalidTSSTaskswitchorTSSaccess.

11#NPSegmentNotPresentLoadingsegmentregistersoraccessing

systemsegments

12*SSStackSegmentFaultStackoperationsandSSregisterloads.

13#GPGeneralProtectionAnymemoryreferenceandother

protectionchecks

14#PFPageFaultAnymemoryreference.

15(Intelreserved.Donotuse)

16Floating-PointError(MathFault)Floating-pointorWArr/FWAITinstruction

17#ACAlignmentCheckAnydatareferenceinmemory?

18#MCMachineCheckErrorcodes(ifany)andsourcearemodel

dependent?

19#XFSIMDFloating-PointException5SIMDFloating-PointInstruction

20-31(Intelreserved.Donotuse)

32-255MaskableInterruptsExternalinterruptfromINTRpinorINTn

instruction.

1.TheUD2instructionwasintroducedinthePentiumProprocessor

2IA-32processorsaftertheIntel386processordonotgeneratethisexception

•Linux中把异常按照发生之后处理的方式,

分为以下四种：

①故障(Fault)：发生问题处理完毕后，

再执行一次原来的指令

②陷阱(Trap)：执行特定的调试指令时

触发，被调试的进程遇到所设置的断点

处会暂停等待

③终止(Abort)：某些错误发生后，无法

恢复，不会返回原进程，有时甚至需要重

启计算机

④编程异常(ProgrammedException)：

用于实现系统调用

•总结一下上面的

•故障发生后，处理完毕后将原来引发故障

的指令再执行一遍

•陷阱与编程异常发生后，处理完毕之后，

执行原指令的下一条指令

•终止则不再返回原来的指令

•软中断：不必由硬件产生的中断。实质是

用一种软件的办法来模拟硬中断的一种方

式

•软中断利用一般中断的思想方法，来处理

进程之间的一些问题

•软中断：模仿硬中断的方法，内核与进程

之间，或进程与进程之间的一种通信方式

①信号

②软件中断

•几种中断各自的用途：

①中断（外中断）：外部设备对CPU的中断

②异常（内中断）：因指令执行不正常而对

CPU的中断

③软件中断：用于硬中断服务程序对内核的

中断

④信号：用于内核或进程，对某个进程的中

断

•中断与信号有很多类似之处：

①概念上一致：都是中断源向某个目的地发

送中断信号

②均是异步：不知道何时会发生中断事件

③实现方式均采用向量表，以向量号做索引

查找中断处理程序

④均设有“中断屏蔽位”，可以对于一些中

断信号，置之不理

•中断与信号的区别:

①中断由硬件和软件实现，信号则专门由软

件实现

②中断向量表与中断处理程序位于内核空间,

而信号向量表属于内核空间，但信号处理

程序一般位于用户空间

③中断会立即处理，而信号则可能会延时

3.响应方式

尽管中断有这样那样的分类，但其处理起

来的方式是一致的：根据中断源提供的中

断向量，在主存中找到相应的处理程序入

口，并执行

中断向量由硬件或内核预先定义

•中断的捕获:

•外：每个指令执行结束后，CPU检查中断

寄存器中是否有中断事件，来判断是否有

外中断需要执行

•内：指令执行的时候，就会发生，无需去

检查中断寄存器

中断的响应:

①发现中断源

②保护现场：保护PSW

③转向中断/异常处理程序：切换用户态至核

心态

④恢复现场：恢复用户态，恢复PSW,下一

条指令是什么，要根据中断的类型

•以Linux中断机制为例：

•采用中断描述符表（IDT）,含有256个中

断描述符，表示相应的中断或异常

•用一个专门的中断描述符表寄存器IDTR来

指代IDT的位置

•每个中断/异常有一个向量号，0-255,表示

在IDT中的索引

•在系统初始化时，创建IDT,分配向量号

•Linux对向量号的使用情况:

•0-31异常或硬件非屏蔽中断

•32-47硬件可屏蔽中断

•48-255软中断，其中128号为系统调用

4.具体的处理方式:

①程序性中断：几类错误：1,语法错误；2,

逻辑错误；3,运行异常

一般借助于信号机制，内核往往将这类事

件交给应用程序自行处理

②访管中断（异常的一种）：

以Linux为例，调用号放入EAX,其余参数

分别放入EBX,ECX,EDX,ESLEDI

中，然后执行访管指令int0x80,陷入内

核，返回值也放回EAX

时钟中断：

时钟是内核进行调度工作的重要工具，利

用定时器能够确保内核可以获得控制权

时钟：绝对时钟间隔时钟

•绝对时钟：每隔一定时间间隔，产生一次

中断

•间隔时钟：当寄存器内容为0时，产生中断,

相当于闹钟

•中断需要硬件和软件结合来发挥作用，比

如这里时钟中断硬件只按已知时间间隔产

生中断，至于中断以后干什么，由软件来

负责

5.中断优先级、多重中断:

问题出现的背景：当同一时刻出现了多个

中断，怎么办

•处理的原则：

①以不发生中断丢失为前提，把紧迫程度相

当的中断源归为同一级别，紧迫程度差别

大的归为不同的级别

②级别高的中断有优先获得响应的权利，低

优先级的中断可以被高优先级的打断，反

之不行

•中断优先级：中断装置所预设的响应顺序

•中断优先级事先通过评估各种中断事件的

紧急程度，来规定不同的优先级

•当同时出现了多个中断事件时，可以用软

硬件相结合的办法，将中断事件排成一个

队列，根据优先级来排定。

•例如：

•旧M机器中，优先级如下：机器校验中断、

自愿性中断、程序性中断、外部中断、I/O

中断

•Intelx86,优先级如下：复位、异常、软件

中断、非屏蔽中断、可屏蔽中断

•有关多重中断的另一个概念：中断屏蔽位

•当某个中断处理程序正在执行时，可以暂

时关闭中断响应，这是通过对中断屏蔽位

来做到的

•中断屏蔽：产生并提出中断请求后，CPU

允许响应或禁止响应的状态位

•复位(0)：禁止响应中断

•置位(1):允许响应中断

•中断屏蔽可以暂时禁止对某些中断，协调

中断响应与中断处理之间的关系

三.进程

1.一些概念

•定义：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

进行资源分配不；的基本单位

•注：现代操作系统，往往把线程当做调度

的基本单位，但分配资源时，是以进程为

单位的

•通俗讲：进程就是一个正在执行的程序

•理论上：对当前运行程序的一种抽象

•实践上：是一种数据结构，用来刻画当时

的程序的动态执行状态

•进程的想法最早在MULTICS项目和

CTSS/360机器设计中出现，因此叫法不一

•MIT：Process进程

•IBM：Task任务

•Univac：Action活动

•为何要引入进程这个概念?

•在多道程序设计之下，原来的“程序”概

念已经不能用来描述这时候的情况了，程

序只是一个静态的概念，而进程是一个动

态的概念

•程序：存放在磁盘上的文件

•进程：运行着的程序实例，包括代码，数

据，信号，栈等多种信息

•进程的一些属性：

①结构性：至少包括程序块、数据块、进程

控制块

②共享性：多个进程执行的是相同的程序、

各个进程之间可共享资源

③动态性：是程序在数据上的一次计算过程,

有生命周期

④独立性：各个进程之间的资源彼此独立、

由操作系统保护各个进程之间不互相干扰

⑤制约性：各个进程共享系统资源，同时彼

此之间存在制约

⑥并发性

2.进程的状态：

由于进程是一个动态的概念，因此其具有

状态，基本的可以分为三种：运行态、就

绪态、等待态

分类标准：是否满足运行条件、是否占有

CPU

①运行态（running）：满足运行条件、占

有CPU

②就绪态（ready）：满足运行条件、不占

有CPU（等待被调度）

③等待态（wait）：不满足运行条件、不占

有CPU,也叫睡眠，阻塞

•在各个操作系统设计时，为了便于管理,

在此三态基础上，又会增加一些状态

•增加“新建态（new）”和“终止态

（exit）”，描述进程刚创建和结束时候的

两种状态

•增加“挂起态（suspend）”，指暂时把进

程换到磁盘缓冲区内

•在suspend状态基础上，又可以继续增加两

种状羔:

・挂起就绪态(readysuspend)：把就绪态

的进程，换到磁盘缓冲区中

•挂起等待态(blockedsuspend)：把等待

态的进程，换到磁盘缓冲区中

•挂起的原因:

•内存不够用了

•系统发生一些故障,一些进程暂时换出去

•处于等待态的进程,没必要占用资源

•调试进程的需要

•注：只有在内存的调度队列里的进程，才

具有被调度的资格，挂起的进程位于磁盘

上，因此尽管具有运行条件，但也无法被

调度，如需被调度，先要将其状态转为就

绪态

3.进程的描述和组成

•从单个角度看，一个运行的程序由以下组

成：

程序块：组成程序的代码集合

数据块：全局数据

栈：用来管理函数调用关系的结构

•如果在多道程序设计情况下，光靠以上三

个，已经不能描述出一个进程的状态了，

所以需要再引入一些数据结构

•进程控制块：存储进程的标志信息，现场

信息和控制信息，每一个进程分配一个进

程控制块

•另一个概念：进程上下文(processcontex)

进程执行时，除了本身自己的代码，数据，

栈外，还需要时不时地向内核申请服务，

当陷入内核后，就用到了内核自己专用的

一些资源，如核心栈，内存管理信息表等，

所有这些资源，称为进程上下文

•进程上下文包括:

①用户级上下文(userlevelcontex)：进

程自己的代码、数据、栈等

②系统级上下文(systemlevelcontex)：

进程陷入内核后，内核所使用的内存管理

信息表、核心栈，也包括进程控制块

③寄存器上下文(registercontex)：各个

寄存器当时的信息，用于保护和恢复现场

•进程控制块(processcontrolblock)：

•进程存在的唯一标识

•内核用来记录和刻画进程状态的数据结构

•管理和调度进程的依据

•进程控制块具有的信息：

①标识信息：进程号，进程组号等

②现场信息：各个寄存器当时的值

③控制信息：调度相关信息、进程间通信信

息、段页表指针信息等

•内核管理各个进程的方式一■进程队列

•根据进程的各种关系，定义队列：

按照进程状态队列：运行队列、就绪队列、

等待队列

按照进程间的父子关系

•因此一个进程可能同时处于几个队列之中

4.进程切换

•进程切换的大致过程:

用户空间发生中断或异常进入内核

回到用户空间进程切换

•进程切换发生在每一次陷入内核之后,

如果进程不再满足运行条件，内核就会再

次挑选另外的进程，而把当前进程放入其

他队列（就绪队列、等待队列、挂起队列

等）

•并非每一次陷入内核，就会发生切换，在

下列条件下，会发生切换：

①当进程失去了某些运行必要条件

②进程完成了系统调用，却发现失去了CPU

③进程完成了中断处理，却发现失去了CPU

④进程时间片已到

•步骤：

①保存原进程的处理器现场

②修改原进程PCB

③把原PCB加入相关队列

④选择另一进程

⑤修改该进程的PCB信息

⑥恢复挑选进程的地址空间

⑦恢复挑选进程的处理器信息

•处理器模式切换：

用户态和核心态相互转化

•与进程上下文切换的区别：进程上下文是

在不同进程间切换，处理器模式转化是在

同一个进程间切换

•具体的步骤：

①保存原进程的处理器现场

②处理器状态从用户态转为核心态

③设置中断屏蔽位（可选）

④根据调用号或者中断号，进入相应的服务

程序入口地址

•从CPU角度看，可以认为CPU在轮流为系

统中的各个进程服务

•每时刻，CPU都处在下列三种状态之一：

①用户空间，处于进程上下文，使用用户栈

②内核空间，处于进程上下文，使用核心栈

③内核空间，处于中断上下文

•注：当处于内核时，不能被抢占，即当一

个进程申请进入内核，或者发生中断之后,

在内核处理时，不能再响应另一个进程的

系统调用

•但是内核可以响应中断

5.进程的控制和管理

内核有专门的进程管理程序，控制着众多

进程的生命周期

主要工作：创建进程，阻塞、唤醒进程，

挂起、激活进程，终止和撤销进程

・新概念：原语primitive

是指一个不可分割的动作，在这个动作执

行期间，不允许中断

上述的几个行为，就是一种原语，采用特

殊的硬件指令实现

•注：并非内核所有的行为，都是原语，只

有少部分的比较关键的行为是原语

原语执行时不响应中断，会影响系统的效

率

①进程创建：

•从PCB池中申请一个空闲的PCB,分配进

程号

•为新进程分配地址空间并加载

•分配其他资源

•初始化PCB

•把新进程设置为就绪态，放入就绪队列

•通知其他模块更新信息

②进程撤销

•根据要撤销的进程号，从响应队列中找到

并删除

•释放该进程占用的全部资源

•撤销其所有子进程

•回收PCB放入池中

阻塞、唤醒

阻塞是进程主动调用阻塞原语来进行的,

也就是说，是主动行为

唤醒则要另一个进程来唤醒它

•阻塞步骤:

•停止执行，保存现场信息

•修改PCB内容，特别是进程状态，并移入

响应队列

•进入调度程序，选择另外的进程运行

•唤醒步骤：

•取出待唤醒的进程

•修改PCB的相关内容，移入就绪队列

•等待下次被调度

④进程挂起和激活

这个过程跟阻塞、唤醒很相似，只不过阻

塞、唤醒是在就绪和等待队里移动，挂起、

激活是在内存和磁盘缓冲区移动

四.线程

进程内部可以再进一步分为线程(Thread)

进程实现的需求：同一个计算机中，多个

程序需要同时运行

线程实现的需求：同一个进程内，多个功

能需要同时运行

宗旨：提高并行性，提高效率

传统的进程，都是运行在同一个处理器上,

在同一个进程内，是串行的

引入了线程，对外：就可以把进程的不同

部分放到不同的处理器上

对内：可以在一个功能暂时不执行时，转

而去执行其他的功能

・比如:

•Eclipse在进行编写程序的时候，可以实现

实时编译

•Word在进行编辑工作的时候，可以实现拼

写检查，自动保存等等

•对于一个用户来讲

如果是单进程和多进程，用户会有很明显

的感觉

如果是单线程和多线程，则不会有太大的

感觉，他们的表象很相似，内部实现不同

•从线程到进程，是对并行性进一步要求的

结果

实质是把CPU的分配权，进行进一步的细

分

①定义：线程是进程中能够并发执行的实体,

是进程的组成部分，也是处理器调度的基

本单位

•一个进程可以有多个线程

这些线程共享进程的资源，它们协同完成

整个进程的工作

各个线程之间也会有资源竞争

②线程组成部分：

线程控制块

线程上下文

核心栈

线程私有数据区

•线程与进程的主要区别，就是进程有自己

的独立空间，线程没有自己完全独立的空

间

各个线程共享进程的代码区和全局数据去,

各个线程执行的代码区的不同代码，访问

全局数据的不同数据

线程状态

与进程不同，线程只有运行、就绪和等待

态

线程没有挂起态，线程的挂起和激活，是

随着宿主进程挂起和激活，

④线程的实现

I.用户级线程

II.内核级线程

III.混合式线程

•用户级线程:

指提供可以进行线程管理的工具，负责线

程的创建、管理、调度，与内核无关

・优点:

无需陷入内核

比较容易地修改线程调度算法

即使内核不支持多线程，也能实现多线程

•缺点:

一个线程阻塞，会引起所有其他线程阻塞

只能在当前进程的CPU上进行调度

•内核级线程

内核具体创建、管理线程的功能，同时提

供系统调用供用户程序使用

・优点:

阻塞一个线程，不会影响整个进程的阻塞,

其他线程可以继续运行

可以把线程分配到多个处理器上进行

•缺点:

线程管理需要陷入内核，开销大

内核需要专门进行修改，才能具备此功能

⑤Linux的进程和线程

五.处理器调度

•主存、处理器与作业、进程之间，永远是

供不应求的关系

•处理器调度：按照何种原则挑选作业进入

主存运行，如何把处理器进行分配

1.作业（job）：用户交给操作系统的一个

独立任务，每个作业必须经过若干相对独

立且相互关联的顺序加工步骤才能得到结

果

•作业由用户组织，作业步骤由用户指定，

操作系统根据用户的指定，创建进程来完

成相应的处理任务，并返回处理的结果

•作业与进程的关系：

作业是任务实体，进程是执行实体

操作系统通过创建进程，来完成作业要求

•作业管理:

作业组织、作业调度、运行控制

作业管理与调度的步骤：批处理和交互型

•批处理作业的组织和管理

a）批处理作业的输入

b）批处理作业的建立

C）批处理作业的调度

a）批处理作业的输入

脱机方式

作业:程序+数据+作业说明书

程序和数据用于解决问题

作业说明书告诉操作系统如何组织程序和

数据来工作

b.批处理作业的建立

建立作业控制块，组成作业表，建立好作

业队列，等待高级调度程序的调度

c）批处理作业的调度

选择作业、分配资源、、作业控

缶I］、后续处理

•交互型作业的组织和管理

交互型作业，即我们平时的工作方式，靠

命令行或图形界面来与操作系统进行交互

可以认为用户的一次上机过程，就是一次

交互型作业，只不过与批处理作业相比，

交互型作业的作业说明书就是用户键入的

每一条命令或鼠标动作

2.处理器调度层次:

①高级调度（作业调度）

②中级调度（进程调度）

③低级调度（线程调度）

①高级调度：在多道批处理操作系统中，从

输入的作业中，按照预定的调度策略挑选

一些作业，为其分配资源，做好运行前准

备工作，以及作业完成后的善后工作

高级作业调度挑选出来的作业，等待下一

级调度流程的继续挑选

②中级调度：

根据内存资源情况，决定哪些作业可以继

续留在内存中，哪些作业被“挂起”到磁

盘缓冲区中

既在上一级调度选择的作业中，继续挑选

作业，进入下一级调度

低级调度：

根据某种调度算法，决定哪些进程（线程）

占有CPU运行，哪些进程（线程）必须让

出CPU

这是处理器调度中最核心的部分

•注：低级调度是所有多道程序设计环境中

必备的，但中级和高级调度，则可有可无

•根据具有哪几种调度方式，可有：三级调

度模型，两级调度模型，一级调度模型

3.衡量调度算法好坏的原则

①资源利用率

②吞吐量

③公平性

④响应时间

⑤周转时间

①资源利用率

许多资源经常会发生等待，好的调度算法,

应该尽量避免资源白白的等待，浪费时间,

而应该把等待的时间分配给当时其他可以

执行的线程，提高资源的利用率

②吞吐率:

单位时间内处理作业的个数

公平性

确保每个进程都能获得合理的CPU份额和

其他份额，避免出现，饿现象

饥饿：指一个进程长时间没得到执行的机

④响应时间：从交互式进程提交一个请求，

到得到响应之间的时间间隔，这是分时和

实时系统很重要的指标

⑤周转时间：

批处理用户从向系统递交作业开始，到作

业完成为止的时间间隔

具体是指一个作业在系统中的等待时间和

运行时间

操作系统比较看重各个作业的平均周转时

间

•掌握如何计算平均作业周转时间和平均带

权作业周转时间

4.调度算法

这里的调度算法，很多都适用于三种调度

层次，以低级调度为例

•低级调度的对象一一在内核不支持线程的

环境中，是进程，在内核支持线程的环境

中，是线程

现代的操作系统，一般都是以线程为最小

的调度单位

•低级调度的主要功能:

调度和分派

调度：决定把哪个线程换进或换出处理器

分派：如何进行换进和换出

前者称为“调度策略”，后者称为“调度

机制”

•低级调度的基本类型:

抢占式(preemptive)：内核可以随时根据

某个原则来剥夺当前进程的运行权利

非抢占式(nonpree