CPU的调度

小概念

• 我们所做的多进程，多线程，多道程序设计，批处理等等一些操作的目的就是为了最大化cpu的利用率。
• 用一会cpu，等待一会IO，循环往复，交替执行（通过IO获得数据，再通过CPU对数据进行处理，在通过IO将结果输出）
• 通过考虑CPU和IO的占用，我们还可以将进程划分为两大类：
  ①：CPU绑定进程（对CPU使用的比较多，很少量的时间使用IO）
  ②：IO绑定进程（与之相反）
• 调度：队列里面有好多个进程，选择哪一个去运行，决定下一个是谁。
  ①抢占式：（被动的）
  ②非抢占式：（自愿让出CPU）
• CPU的利用率：占了百分之多少，越多越好。
• 吞吐率：单位时间内完成了多少进程。越多，效率越高。
• 周转时间：一个进程从创建到结束，一共用了多少时间。
• 等待时间：一个进程在等待状态多长时间，这个时间越短越好。
• 响应时间：正在等待的进程，对已经发生的事件，的响应速度，越快越好。

调度策略

• 但是看得不是单个进程的性能指标，看得是所有进程加在一起，算出来的平均周转时间，平均等待时间，平均响应时间。才能看出调度能力。
• 最短作业优先（SJF） ：谁运行时间最短谁来使用CPU。
• 最短剩余时间优先： 不看他以前运行了多久，只看他剩下多少时间。
• 上面这两种调度策略是在已知需要在CPU上运行多少时间的情况，但是这个运行时间未知呢？调度最有效的依据是进程将来在CPU上消耗的时间，并期望用时最短的进程最优先执行。
• 预测未来： 基于统计过去这个进程对CPU的使用情况来 预测。根据统计IO的时间多，还是使用CPU的时间多。
• 先来先服务（FCFS） ：谁优先级高运行谁。会导致优先级低的进程饿死。
• 时间片轮转算法（Round Robin） ：广泛采用，给定每个进程一个时间片，用完了就去等待。这个时候就要考虑时间片的设置大小。越合理越好。如果时间片太大，那么他就近似成了一个先来先服务算法。
• 将时间片轮转和优先级结合起来：时间片轮转就在就绪队列里选择优先级高的进程先运行。
• 多级队列（Multilevel Queue） ：把整个系统所有的进程放在好多个队列中，这个队列里面的进程优先级是一样的，调度的时候，就按着这个队列找。
  ①系统级队列（最高优先级）：系统进程要应对很关键的问题，它负责系统的中断处理的。（中断指令一定要及时响应，否则下一个中断进来了，就会丢失一个中断）
  ② 交互式的进程：属于IO绑定的进程，很少使用CPU，随时给用户一个反馈。响应速度必须得快。
  ③批处理进程：频繁使用CPU的进程。
• 多级反馈队列（普遍采用）： 根据这个进程以前的行为的统计来预测以后怎么处置他，这个预测就是由反馈实现的。
  ①反馈怎么实现？：新来的进程首先设置他的优先级为最高，来根据他的行为，表现，来确定他的优先级，降级。
  ②只要长时间使用了CPU，就把你优先级降低，只要你做过一次IO操作，就把你优先级提一级，形成一个动态的变换。

多CPU调度

• 多核，重核。每一个内核在任意时刻只能运行一个进程。未来可能会出现128核，实际上，会有备用的核，因为出厂的时候，也许会有坏核，备用核就顶上。
• 特别之处：调度问题的复杂度增加了，如何去做负载均衡（比如说一个CPU太忙，一个CPU太闲,那这样多核就没有意义了）。
• 同构（CPU完全一样的）
  ①非对称式的多处理器管理（现阶段用不到）：（每个内核的作用是不同的）让一个内核只运行操作系统，其他的内核只运行应用程序。好处：对操作系统简单多了，只用管理自己的内核。
  ②对称式的多处理器管理：所有的处理机都是完全平等的，每个内核既运行操作系统，也运行应用程序，完全由繁忙程度来决定。每一个处理器都有私有的队列。
• 异构（CPU有不同之处，特别复杂，基本上用不到）
• 负载均衡：通过迁移进程来实现，会产生cache刷新，但是利大于弊。‘

操作系统是如何实现多级反馈的