操作系统原理
操作系统其实并没有一个标准的定义。
它主要是一个控制程序，控制程序执行过程，执行用户程序；
也是一个资源管理器。管理计算机的资源，主要包括文件管理、内存管理以及内存管理。
下面是一个脑图：
操作系统内核的特征就是并发、共享、虚拟、异步。
并发就是操作系统要管理同时运行的多个进程。
共享就是多个进程同时访问同一个资源，这是宏观上的。但微观上是互斥的，即同一时刻只有一个进程访问存储单元。
虚拟就是通过交替运行，使得用户感知操作系统只为他提供服务。
异步就是程序不是一气呵成的，而是走走停停的。操作系统可保证同样的输入，提供的输出一定是相同的。
之前看深入理解计算机系统的时候学过一篇Linux进程的文章。那应该是2017年的事了： Linux进程学习 。本文学习一下CPU的调度。
我们知道系统是时分复用的系统，CPU会在多个进线程之间实现上下文切换来完成不同进程的执行。那当我们要从就绪队列中选择进程时是通过什么原则呢？这时候就需要CPU完成调度的。
那什么时候完成调度呢？
主要还是要看是抢占式系统还是非抢占式系统。
非抢占式系统：当前进程会主动放弃CPU；
抢占式系统：
中断请求时，会将当前进程转成就绪状态。那通常情况下，如果时时间片轮转，就会在时间片用完了，会被抢占。或者有一个进程从等待变就绪了，且其更急迫需要执行，就会抢占当前进程。
CPU的调度最重要的目标是能够提供最大的吞吐量以及CPU的利用率。
所以如何实现最优的调度是很重要的。
目前存在的几种CPU调度算法：
- 先来先服务算法；
- 短进程优先算法；
- 最高响应比优先算法；
- 时间片轮转算法；
- 多级反馈队列算法；
- 公平共享调度算法；
先来先服务算法FCFS：
在就绪队列中，先进入的进程会先被执行。看下面的队列：
上面的队列，P1执行时间24，P2执行时间3，到达时间24，P3执行时间3,到达时间24.
上面队列的平均周转时间(24+27+30)/3。
看上面的例子，P1是一个执行时间很长的进程，在这种算法下，他会是先执行的，这就导致整个队列的平均周转时间可能比较长，这取决于长进程排在哪里，也就是周平均等待时间波动比较大。
另外一个问题是IO资源和CPU资源的利用率比较低。假如现在有一个CPU密集型任务的长进程正在执行，此时IO资源是空闲的，但是呢这种算法下，IO资源也并没有利用上，即使后面有IO密集型任务，也是只能干等着。这是一种非抢占式的算法。
短进程优先算法：
他是对FCFS的一种改进，它会优先执行短进程的，就绪队列会按照时间来排序。从而缩短了平均周转时间。
但怎么选择是一个问题，每个进程预计执行时间是多少呢？它要么希望用户告知，要么会通过某种算法预估执行时间。
上面是一个最优排序的算法，可以保证平均等待时间最短。
此外，短进程优先有一种算法改进，即加入当前有个进程执行，这时如果又到来一个进程，它执行时间要比正在执行进程剩余时间还短，那么它可以进行抢占。
那它有一个缺点，就是就绪队列不断地进入进程，由于它会把短的排在前面，可能不断地有短进程进入，就导致长进程永远得不到执行，导致长进程饥饿。这是一个问题。
最高响应比优先算法：
基于上面说的饥饿的问题，又有一种改进算法叫最高相应比优先算法。
相应比计算公式 rate = (w+s)/s， w表示等待时间，s表示预估执行时间。等待时间越长，rate越来越大，这样就可以避免长进程长时间等待出现饥饿的问题。该算法不允许抢占。
时间片轮转算法：
时间片是分批处理资源的基本执行单元。时间片轮转是为每个进程分配相同时间片，然后通过时钟中断，完成进程切换。
时间片轮转算法最重要的是时间片大小的设置。
设置太大，可能就变成先进先服务了。设置太小，可能会引起频繁的进程上下文切换。基于经验，一般都是设置成进程切换的1%.
多级反馈队列算法
把就绪队列分成多个独立的子队列，每个队列可以有不同的优先级，时间片的大小根据队列的优先级设置不同值。比如CPU密集型的可以放在低优先级，IO密集型的可以放在高优先级队列。进程可以放到不同的队列中，比如某个进程在一个队列的时间片内没有执行完，会把该进程放到低优先级队列中。
公平共享调度算法FSS
该算法会控制用户对资源的访问，可能让更重要的用户访问资源。
多处理机调度
目前计算机都是多处理器，因此都是多CPU组成的多处理器系统。在多处理器系统中，通常都是每个处理器有自己的调度程序，然后在访问共享资源时会进行同步。目前存在的算法：
1、静态资源算法
一个进程从开始到结束都在一个固定处理器，每个处理器有自己的就绪队列。这种算法开销小，但可能导致调度不均衡。
2、动态进程分配
每个进程在运行时可分配到各个处理器上，所有CPU共享一个就绪队列。这种做法开销是比较大的，因为它每次都要选择到哪个处理器上，但它却可以实现负载均衡。
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