UNIX_Linux操作系统内核结构8章.pdf

UNIX和Linux操作系统内核结构的进程调度和时间管理是操作系统理论中的重要内容。下面我将详细阐述第八章中介绍的关于UNIX/Linux系统进程调度和时间管理的相关知识点。 进程调度是操作系统控制多进程环境运行的最根本机制。UNIX/Linux系统的进程调度策略基于时间片轮转调度，这是通过硬件时钟中断（时钟“滴答”）实现的。核心（操作系统内核）会为每个用户进程分配一个时间片，当进程的时间片耗尽后，核心会将其置于等待状态，并调度另一个进程运行。每个时钟滴答发生时，核心都会重新计算时间片，以便在多个进程之间进行公平的时间分配。 在多级反馈循环调度算法中，进程的调度采用动态优先级管理。当进程消耗完其时间片后，核心会根据进程的行为调整其优先级，并将其放入不同的优先级队列中。调度函数schedule_process()会周期性地执行，以选择下一个运行的进程。核心优先调度那些已经装入内存的、优先级最高的进程。 调度参数是操作系统决定进程优先级时所依据的一系列数值。UNIX/Linux系统在以下三种情况下计算进程的优先级： 1. 当进程即将进入睡眠状态时，系统会根据该进程正在等待的资源稀缺性为其赋予一个特定的优先级。 2. 当进程从内核态返回用户态时，系统会降低其优先级，以保证公平性。 3. 每隔一个“时钟滴答”，时钟中断处理程序会调整所有用户态进程的优先级，防止任何进程长期霸占CPU。 进程的CPU使用量随时间衰减，核心通过衰减函数（decay）计算这个使用量，并据此调整进程的优先权值（priority）。优先权值越小，优先级越高，反之亦然。用户态进程无法通过提高优先权值来获得核心级的优先级。 系统中进程调度的一个实例描述了三个同时建立且初始优先级相同的进程A、B、C在系统中的调度顺序。由于时间片的结束会导致优先级的重新计算和进程切换，三个进程会在时间片耗尽时轮流运行。 在进程调度中，还涉及进程上下文切换的时机。进程在进入睡眠状态或者退出时必须进行上下文切换。此外，当一个进程从内核态返回到用户态时，若存在优先级更高的就绪进程，则核心会抢占当前进程，执行上下文切换。这通常发生在两个特定场景：一是核心唤醒了一个高优先级进程；二是时钟中断处理程序修改了所有就绪进程的优先级。 系统调用nice()可以被用来调整一个进程的调度优先数。通过nice()调用，可以对进程的优先级进行微调，增加或减少nice值将直接影响进程的优先权值。 为了提高系统实时性，可以通过缩短时间片和加快衰减函数的衰减速度来实现。这样做可以提高进程轮转的频率，从而提升系统的响应速度，但这也可能导致系统开销的增加。 以上就是根据提供的文件内容生成的关于UNIX/Linux操作系统内核结构中进程调度和时间管理的知识点。这一部分详细介绍了UNIX/Linux系统的进程调度机制，优先级管理，以及进程上下文切换等核心概念和实践。这些知识对于理解操作系统的工作原理及其性能优化至关重要。