第 11 章 关于 CPU 调度的总结对话

第 11 章 关于 CPU 调度的总结对话

本章总结了 CPU 虚拟化与调度的核心逻辑，重点在于如何从“机制”过渡到“策略”。

机制 vs 策略：回顾与升华

在 CPU 虚拟化的实现中，操作系统需要解决两个层面的问题：

1. 机制（Mechanism）：回答“如何（How）”做。

   • 例如：上下文切换（Context Switch）。它是实现虚拟化的底层工具，允许 OS 停止一个程序并启动另一个。
   • 机制通常由硬件支持（如时钟中断、陷阱表）和底层汇编代码实现。

2. 策略（Policy）：回答“哪个（Which）”做。

   • 例如：调度算法（Scheduling Algorithm）。在众多就绪进程中，决定现在应该运行哪一个。
   • 策略是 OS 内的高级逻辑，通常基于工作负载的特征（如运行时间、I/O 行为）进行决策。

调度算法的演进路径

从简单的假设到复杂的现实，调度算法经历了一系列权衡：

• 基础指标：周转时间（性能） vs 响应时间（交互性）。
• 简单算法：FIFO（先进先出）、SJF（最短任务优先）、STCF（最短完成时间优先）。
• 现代算法：
  • RR（轮转）：优化响应时间，但牺牲周转时间。
  • MLFQ（多级反馈队列）：通过历史行为预测未来，兼顾周转与响应。
  • 比例份额（彩票/步长）：确保公平分配 CPU 份额。

核心挑战：缺乏先验知识

调度程序面临的最大挑战是：在不知道进程运行多长时间的情况下，如何做出最优决策？

学习与反馈

现代调度器（如 MLFQ）通过观察进程的行为（是否频繁放弃 CPU）来学习其特性，从而动态调整优先级。这体现了操作系统设计中的一种核心智慧：利用历史经验预测未来需求。