三、處理機管理（二）--程序的排程與管理
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程序的排程與管理
- 程序控制塊佇列（PCB），作業系統採用連結串列的方法將這些程序的PCB連結起來生成佇列。
對於單CPU系統，生成的PCB佇列如下。
（1）執行佇列。任何時刻系統中最多隻有一個程序處於執行狀態。
（2）就緒佇列。就緒佇列中的PCB會根據某種原則進行排序，程序入隊與出隊的順序與排程演算法有關。
（3）阻塞佇列。所有處於阻塞狀態的PCB，根據阻塞的原因不同分別排隊。可以有多個程序的PCB，也可以為空。
- 程序的排程
又稱為低階排程。主要任務是確定什麼時候進行排程（排程時機）、怎樣排程（排程演算法）、按什麼原則進行排程（排程過程具體做些什麼）。
使用者把一個任務提交給計算機作業系統後，一般要經過一個三級排程的過程才能完成整個任務：高階排程、中級排程、低階排程。所有的作業系統都具有低階排程。
程序排程和程序切換是作業系統的核心程式。
我們把一個程序讓出CPU，另一個程序佔用CPU的過程叫做“程序切換”、“上下文切換”、“CPU場景切換”。
在單CPU作業系統中，某個程序正在處理機上執行時，另一個更為重要的程序需要優先處理。系統一般具有以下兩種處理方式：
搶佔式：優先順序高的程序可以強行搶佔CPU，特點：較高靈活性，緊急任務到達後可以搶佔處理機立即進行處理，但是演算法複雜。
非搶佔式：不允許強行剝奪已經分配給正在執行程序的處理機。特點：簡單，系統開銷小，緊急任務到達後不能立即進行處理，實時性差。
在設計程序排程演算法時一般要考慮：公平性、高效性、響應時間、週轉時間、加權週轉時間、吞吐量
常用的程序排程演算法：
（1）先來先服務排程演算法：以到達就緒佇列的先後次序為標準來選擇佔用處理機的程序。到達程序的PCB總是排在就緒佇列末尾，排程程式總是把CPU分配給就緒佇列中第一個程序使用。
（2）時間片輪轉排程演算法：為就緒佇列中的每一個程序分配一個稱為“時間片”的時間段，他是允許一個程序連續執行的最大時間長度。經常用在分時作業系統中，時間片值應略大於大多數分時使用者的詢問時間。
（3）優先順序排程演算法：為系統中的每個程序規定一個優先順序，就緒佇列中具有最高優先順序的程序有優先獲得處理機的權利；如果幾個程序的優先順序相同，則採用先來先服務的方法排程。
可以從以下幾方面考慮程序的優先順序：根據程序的型別（系統程序>使用者程序）、根據程序執行任務的重要性、根據程序程式的性質、根據對資源的要求、根據使用者的請求。
（4）多級佇列排程演算法：它是時間片排程演算法與優先順序排程演算法的結合。
程序排程程式應該具有以下的功能：
（1）記錄系統中所有程序的有關情況
（2）確定分配處理機的演算法
（3）完成處理機的分配
（4）完成處理機的回收
- 程序的管理
一旦啟動程式，就要保證做完，中間不能插入其他程式的執行序列。在作業系統中，把具有這種特性的程式稱為“原語”。
為了保證原語操作的不可分割性，通常總是利用遮蔽中斷的方法。
原語的功能：
（1）建立程序原語
（2）撤銷程序原語：收回該程序佔用的資源
（3）阻塞程序原語
（4）喚醒程序原語