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76、什么是处理机调度？调度算法主要有哪几种？
1. 处理机调度（Processor Scheduling）
处理机调度是操作系统的重要功能之一，它决定了哪个进程或线程可以占用CPU进行执行。当有多个进程或线程在同一时间处于就绪态时，操作系统必须通过调度算法选择其中一个进程或线程来执行。
处理机调度的目标是提高系统的效率、响应时间和资源利用率，同时保持公平性和合理性。它可以根据不同的需求调整优先级、时间片等参数，以适应不同的系统场景，如实时系统、批处理系统、交互系统等。
2. 处理机调度的分类
根据调度的时机和范围，处理机调度可以分为以下几类：
- 长程调度（Long-Term Scheduling）：决定哪个作业或进程可以进入系统。通常用于批处理系统，选择进入内存准备执行的作业。
- 中程调度（Medium-Term Scheduling）：决定哪些进程要被交换进内存或交换出到外存。用于系统负载过大时，将部分进程挂起，释放内存。
- 短程调度（Short-Term Scheduling，或称CPU调度）：决定哪个处于就绪态的进程或线程可以获得CPU执行。这是处理机调度的核心部分，也是最常见的调度类型。
3. 常见的调度算法
（1）先来先服务（First-Come, First-Served, FCFS）
- 特点：按照进程到达的顺序进行调度，先到的先执行，不考虑优先级或时间片。
- 优点：实现简单，公平性较好。
- 缺点：可能导致较长的平均等待时间，特别是遇到长作业时容易导致“不可抢占”的问题（即短作业需要等待长作业执行完）。
- 应用场景：适用于批处理系统，但不适用于交互系统。
（2）短作业优先（Shortest Job First, SJF）
- 特点：每次调度选择执行时间最短的进程，以最小化平均等待时间。SJF可以是抢占式或非抢占式。
- 优点：可以显著降低平均等待时间，提高系统的效率。
- 缺点：需要准确预测每个进程的执行时间，这在实际操作中很难实现。同时，可能导致“长作业饥饿”的问题，即长作业可能一直得不到调度。
- 应用场景：适用于批处理系统。
（3）优先级调度（Priority Scheduling）
- 特点：为每个进程分配优先级，优先级高的进程优先获得CPU。优先级调度可以是抢占式或非抢占式的。
- 优点：可以确保重要任务或实时任务优先执行。
- 缺点：可能导致“低优先级饥饿”问题，即低优先级进程可能一直得不到调度。可以通过**老化技术（Aging）**提高进程优先级来解决饥饿问题。
- 应用场景：适用于对任务重要性有区分的系统，如实时系统或操作系统中的关键任务调度。
（4）轮转调度（Round-Robin, RR）
- 特点：每个进程按照先来先服务的顺序，轮流获得CPU执行，且每次只能执行一个时间片。时间片用完后，进程被放回就绪队列的末尾，等待下次轮到它时继续执行。
- 优点：公平性好，适用于交互系统，响应速度快。
- 缺点：时间片的选择很关键，时间片过长会退化为FCFS，时间片过短会导致频繁的上下文切换，降低系统效率。
- 应用场景：适用于交互式系统，如操作系统中的多任务调度。
（5）多级反馈队列调度（Multilevel Feedback Queue Scheduling）
- 特点：将进程根据优先级和执行行为分配到多个就绪队列中，每个队列采用不同的调度算法。进程可以在不同队列之间移动，例如高优先级进程可以快速执行，低优先级进程可以逐渐得到提升。
- 优点：兼顾了短作业优先和长作业的公平性，灵活性高，适应不同类型的进程。
- 缺点：实现复杂，需要设置合适的参数和队列策略。
- 应用场景：常用于通用操作系统的调度策略，如Linux的调度器。
（6）最短剩余时间优先（Shortest Remaining Time First, SRTF）
- 特点：SRTF是SJF的抢占式版本，每次选择剩余执行时间最短的进程执行。如果新来的进程的预期执行时间比当前进程剩余时间短，则抢占当前进程。
- 优点：可以进一步减少平均等待时间。
- 缺点：仍然需要准确预测执行时间，并可能导致长作业饥饿。
- 应用场景：适用于需要最小化等待时间的场景。
（7）实时调度算法（Real-Time Scheduling Algorithms）
- 特点：实时系统中的调度算法需要满足严格的时间约束。常见的实时调度算法包括固定优先级调度（如Rate Monotonic）和动态优先级调度（如Earliest Deadline First, EDF）。
- 应用场景：适用于实时系统，如嵌入式系统、工业控制系统。
4. 调度算法的选择
调度算法的选择取决于系统的具体需求和场景：
- 批处理系统：通常需要最小化等待时间和吞吐量，因此短作业优先（SJF）或多级反馈队列较为合适。
- 交互式系统：需要快速响应用户请求，因此轮转调度（RR）和优先级调度常用。
- 实时系统：需要满足严格的时间要求，因此实时调度算法（如EDF、Rate Monotonic）更为合适。
5. 调度算法的比较
| 调度算法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 先来先服务 (FCFS) | 实现简单，公平性好 | 平均等待时间长，可能导致长作业阻塞短作业 | 批处理系统 |
| 短作业优先 (SJF) | 平均等待时间短 | 需要知道作业时间，长作业可能饥饿 | 批处理系统 |
| 优先级调度 | 重要任务优先 | 低优先级进程可能饥饿 | 实时系统、交互系统 |
| 轮转调度 (RR) | 响应速度快，公平 | 时间片选择困难，频繁上下文切换 | 交互式系统 |
| 多级反馈队列 | 灵活，兼顾短作业优先和公平性 | 实现复杂 | 通用操作系统调度策略 |
| SRTF | 最小化等待时间 | 需要作业时间，可能导致长作业饥饿 | 批处理和实时场景 |
| 实时调度算法 | 满足实时要求，保证任务在规定时间内完成 | 调度复杂性高 | 实时系统、嵌入式系统 |
总结
处理机调度是操作系统管理CPU资源的重要功能，不同的调度算法适用于不同的场景和需求。常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度、轮转调度（RR）、多级反馈队列调度等，它们分别适应不同类型的系统，如批处理系统、交互式系统、实时系统等。
77、调度的层次和三级调度的联系
1、高级调度（作业调度）
2、中级调度（内存调度）
3、低级调度（进程调度）
操作系统中的调度机制分为三个主要层次：高级调度（作业调度）、中级调度（内存调度） 和低级调度（进程调度）。它们负责不同阶段的调度任务，从作业进入系统开始，到进程在CPU上执行，再到进程与内存之间的调度。
1. 高级调度（作业调度）
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定义：高级调度，也称为作业调度（Job Scheduling），主要负责管理系统中进入作业的调度。它决定哪些作业可以进入内存，并且在合适的时机创建相应的进程进行执行。
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作用：作业调度通常在批处理系统中使用，操作系统通过作业调度将外部的作业（如批处理任务）从外存加载到内存，并为它们分配资源。作业调度决定了系统的作业进入速率，平衡了系统的负载。
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关键点：
- 决定何时将作业提交到系统。
- 负责作业的进入、排队和处理。
- 需要考虑系统负载，避免过多作业同时进入内存造成内存不足。
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触发条件