一.操作系統(tǒng)的組成

1.無進程的內(nèi)核

在一些操作系統(tǒng)當(dāng)中操作系統(tǒng)的內(nèi)核在所有的進程之外執(zhí)行。也就是說操作系統(tǒng)有自己的內(nèi)存區(qū)域和系統(tǒng)棧，當(dāng)進程發(fā)生 ???? 中斷，陷阱或系統(tǒng)調(diào)用時，此進程的上下文環(huán)境被保存在系統(tǒng)棧中，控制權(quán)轉(zhuǎn)移給內(nèi)核。操作系統(tǒng)執(zhí)行完畢后，恢復(fù)進程的上? ??? ?下文，此進程繼續(xù)執(zhí)行，或者保存該進程的上下文環(huán)境，然后指派另一進程執(zhí)行。

2.在用戶進程中執(zhí)行

在操作系統(tǒng)管理的n個進程映像中，不僅僅有進程控制塊，用戶棧和用戶專有數(shù)據(jù)空間，還有內(nèi)核棧和所有進程共享著的操作系統(tǒng)代碼。

當(dāng)發(fā)生一個中斷，陷阱或是系統(tǒng)調(diào)用時，處理器置于內(nèi)核態(tài)，控制權(quán)交給操作系統(tǒng)處理，并將此進程上下文環(huán)境保存起來進行模式切換。當(dāng)中斷完成后，恢復(fù)進程繼續(xù)執(zhí)行或是將控制權(quán)交給進程切換例程進行進程切換，這樣進程中斷并恢復(fù)執(zhí)行的過程中只需要進行模式切換而不需要進行進程切換，從而減少開銷。

3.基于進程的操作系統(tǒng)

把操作系統(tǒng)作為一組普通的系統(tǒng)進程來執(zhí)行，既當(dāng)一個進程發(fā)生中斷，陷阱或是系統(tǒng)調(diào)用時，處理器轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)核態(tài)，進程切換例程切換至系統(tǒng)進程，并保存用戶進程的上下文執(zhí)行環(huán)境，也就是說，內(nèi)核函數(shù)被組織成獨立的進程。當(dāng)終端結(jié)束時，恢復(fù)用戶進程繼續(xù)執(zhí)行，處理器轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩魬B(tài)，由進程切換例程將系統(tǒng)進程切換為用戶進程，或是將控制權(quán)交給分派器執(zhí)行下一進程。

二.進程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

1. Linux進程狀態(tài)有：

TASK_RUNNING : 就緒態(tài)或者運行態(tài)，進程就緒可以運行，但是不一定正在占有CPU，對應(yīng)進程狀態(tài)的R

TASK_INTERRUPTIBLE:睡眠態(tài)，但是進程處于淺度睡眠，可以響應(yīng)信號，一般是進程主動sleep進入的狀態(tài)，對應(yīng)進程狀態(tài)S

TASK_UNINTERRUPTIBLE:睡眠態(tài)，深度睡眠，不響應(yīng)信號，典型場景是進程獲取信號量阻塞，對應(yīng)進程狀態(tài)D

TASK_ZOMBIE:僵尸態(tài)，進程已退出或者結(jié)束，但是父進程還不知道，沒有回收時的狀態(tài)，對應(yīng)進程狀態(tài)Z

TASK_STOPED:停止，調(diào)試狀態(tài)，對應(yīng)進程狀態(tài)T

2. 進程調(diào)度時機：

進程調(diào)度會引起進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換，由上圖可知如下情況會觸發(fā)調(diào)度，進程終止或進程睡眠時主動exit或sleep釋放CPU；淺度睡眠的進程被CFS調(diào)度選中喚醒，深度睡眠進程由于信號量，鎖等的釋放而被喚醒；進程收到信號量等；還有一種最常見的中斷，異常。

三.進程是如何調(diào)度的

無論是在批處理系統(tǒng)還是分時系統(tǒng)中，用戶進程數(shù)一般都多于處理機數(shù)、這將導(dǎo)致它們互相爭奪處理機。另外，系統(tǒng)進程也同樣需要使用處理機。這就要求進程調(diào)度程序按一定的策略，動態(tài)地把處理機分配給處于就緒隊列中的某一個進程，以使之執(zhí)行。

操作系統(tǒng)的常見進程調(diào)度算法：

1.先來先服務(wù) (FCFS，first come first served)

在所有調(diào)度算法中，最簡單的是非搶占式的FCFS算法。

算法原理：進程按照它們請求CPU的順序使用CPU.就像你買東西去排隊，誰第一個排，誰就先被執(zhí)行，在它執(zhí)行的過程中，不會中斷它。當(dāng)其他人也想進入內(nèi)存被執(zhí)行，就要排隊等著，如果在執(zhí)行過程中出現(xiàn)一些事，他現(xiàn)在不想排隊了，下一個排隊的就補上。此時如果他又想排隊了，只能站到隊尾去。

算法優(yōu)點：易于理解且實現(xiàn)簡單，只需要一個隊列(FIFO)，且相當(dāng)公平

算法缺點：比較有利于長進程，而不利于短進程，有利于CPU 繁忙的進程，而不利于I/O 繁忙的進程

2.最短作業(yè)優(yōu)先(SJF， Shortest Job First)

短作業(yè)優(yōu)先(SJF， Shortest Job First)又稱為“短進程優(yōu)先”SPN(Shortest Process Next)；這是對FCFS算法的改進，其目標(biāo)是減少平均周轉(zhuǎn)時間。

算法原理：對預(yù)計執(zhí)行時間短的進程優(yōu)先分派處理機。通常后來的短進程不搶先正在執(zhí)行的進程。

算法優(yōu)點：相比FCFS 算法，該算法可改善平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間，縮短進程的等待時間，提高系統(tǒng)的吞吐量。

算法缺點：對長進程非常不利，可能長時間得不到執(zhí)行，且未能依據(jù)進程的緊迫程度來劃分執(zhí)行的優(yōu)先級，以及難以準(zhǔn)確估計進程的執(zhí)行時間，從而影響調(diào)度性能。

3.最高響應(yīng)比優(yōu)先法(HRRN，Highest Response Ratio Next)

最高響應(yīng)比優(yōu)先法(HRRN，Highest Response Ratio Next)是對FCFS方式和SJF方式的一種綜合平衡。FCFS方式只考慮每個作業(yè)的等待時間而未考慮執(zhí)行時間的長短，而SJF方式只考慮執(zhí)行時間而未考慮等待時間的長短。因此，這兩種調(diào)度算法在某些極端情況下會帶來某些不便。HRN調(diào)度策略同時考慮每個作業(yè)的等待時間長短和估計需要的執(zhí)行時間長短，從中選出響應(yīng)比最高的作業(yè)投入執(zhí)行。這樣，即使是長作業(yè)，隨著它等待時間的增加，W / T也就隨著增加，也就有機會獲得調(diào)度執(zhí)行。這種算法是介于FCFS和SJF之間的一種折中算法。

算法原理：響應(yīng)比R定義如下： R =(W+T)/T = 1+W/T

其中T為該作業(yè)估計需要的執(zhí)行時間，W為作業(yè)在后備狀態(tài)隊列中的等待時間。每當(dāng)要進行作業(yè)調(diào)度時，系統(tǒng)計算每個作業(yè)的響應(yīng)比，選擇其中R最大者投入執(zhí)行。

算法優(yōu)點：由于長作業(yè)也有機會投入運行，在同一時間內(nèi)處理的作業(yè)數(shù)顯然要少于SJF法，從而采用HRRN方式時其吞吐量將小于采用SJF 法時的吞吐量。

算法缺點：由于每次調(diào)度前要計算響應(yīng)比，系統(tǒng)開銷也要相應(yīng)增加。

4.時間片輪轉(zhuǎn)算法(RR，Round-Robin)

該算法采用剝奪策略。時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度是一種最古老，最簡單，最公平且使用最廣的算法，又稱RR調(diào)度。每個進程被分配一個時間段，稱作它的時間片，即該進程允許運行的時間。

算法原理：讓就緒進程以FCFS 的方式按時間片輪流使用CPU 的調(diào)度方式，即將系統(tǒng)中所有的就緒進程按照FCFS 原則，排成一個隊列，每次調(diào)度時將CPU 分派給隊首進程，讓其執(zhí)行一個時間片，時間片的長度從幾個ms 到幾百ms。在一個時間片結(jié)束時，發(fā)生時鐘中斷，調(diào)度程序據(jù)此暫停當(dāng)前進程的執(zhí)行，將其送到就緒隊列的末尾，并通過上下文切換執(zhí)行當(dāng)前的隊首進程，進程可以未使用完一個時間片，就出讓CPU(如阻塞)。

算法優(yōu)點：時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的特點是簡單易行、平均響應(yīng)時間短。

算法缺點：不利于處理緊急作業(yè)。在時間片輪轉(zhuǎn)算法中，時間片的大小對系統(tǒng)性能的影響很大，因此時間片的大小應(yīng)選擇恰當(dāng)

怎樣確定時間片的大小：

1、系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求

2、就緒隊列中進程的數(shù)目

3、系統(tǒng)的處理能力

5.多級反饋隊列(Multilevel Feedback Queue)

多級反饋隊列調(diào)度算法是一種CPU處理機調(diào)度算法，UNIX操作系統(tǒng)采取的便是這種調(diào)度算法。

多級反饋隊列調(diào)度算法描述：

1、進程在進入待調(diào)度的隊列等待時，首先進入優(yōu)先級最高的Q1等待。

2、首先調(diào)度優(yōu)先級高的隊列中的進程。若高優(yōu)先級中隊列中已沒有調(diào)度的進程，則調(diào)度次優(yōu)先級隊列中的進程。例如：Q1，Q2，Q3三個隊列，只有在Q1中沒有進程等待時才去調(diào)度Q2，同理，只有Q1，Q2都為空時才會去調(diào)度Q3。

3、對于同一個隊列中的各個進程，按照時間片輪轉(zhuǎn)法調(diào)度。比如Q1隊列的時間片為N，那么Q1中的作業(yè)在經(jīng)歷了N個時間片后若還沒有完成，則進入Q2隊列等待，若Q2的時間片用完后作業(yè)還不能完成，一直進入下一級隊列，直至完成。

4、在低優(yōu)先級的隊列中的進程在運行時，又有新到達(dá)的作業(yè)，那么在運行完這個時間片后，CPU馬上分配給新到達(dá)的作業(yè)(搶占式)。

在多級反饋隊列調(diào)度算法中，如果規(guī)定第一個隊列的時間片略大于多數(shù)人機交互所需之處理時間時，便能夠較好的滿足各種類型用戶的需要。

四.我對Linux操作系統(tǒng)進程模型的看法

我認(rèn)為操作系統(tǒng)是用戶和計算機之間的界面. 一方面操作系統(tǒng)管理著所有計算機系統(tǒng)資源, 另一方面操作系統(tǒng)為用戶提供了一個抽象概念上的計算機. 在操作系統(tǒng)的幫助下, 用戶使用計算機時, 避免了對計算機系統(tǒng)硬件的直接操作.

對計算機系統(tǒng)而言，操作系統(tǒng)的對所有系統(tǒng)資源進行管理的程序的集合。

原文：https://www.cnblogs.com/zhouzhenghong/p/8977268.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux下有四个作业优先级,第一次作业：对Linux系统分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。