进程管理中的队列调度与内存交换机制
前言
进程的高效管理是操作系统设计的核心挑战。当多个进程竞争有限的CPU和内存资源时，系统需要借助队列调度机制合理分配CPU时间片，同时通过内存交换技术缓解物理内存压力。
目录
一、进程队列（Scheduling Queues）
(1) 就绪队列（Ready Queue）
(2) 阻塞队列（Wait Queue）
(3) 挂起队列（Suspended Queue）
二、内存与磁盘交换（Swapping）
(1) 交换触发条件
(2) 交换过程
(3) 挂起状态与Swap的关系
(4) Linux中的实现
一、进程队列（Scheduling Queues）
操作系统通过多个队列管理不同状态的进程，确保调度高效有序：
(1) 就绪队列（Ready Queue）
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作用：存放所有处于就绪状态的进程，等待CPU调度。
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实现方式：
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通常为优先级队列或多级反馈队列（如Linux的CFS调度器）。
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例子：
runqueue是Linux内核中管理就绪进程的核心数据结构。
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触发操作：
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入队：进程从创建/阻塞/挂起状态转为就绪。
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出队：CPU调度器选择下一个运行的进程。
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(2) 阻塞队列（Wait Queue）
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作用：管理因等待I/O、信号量等事件而阻塞的进程。
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特点：
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按事件类型分组（如磁盘I/O队列、网络IO队列）。
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事件完成后，内核将对应进程移回就绪队列。
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示例：
// Linux内核中的等待队列（简化） struct wait_queue_head {spinlock_t lock;struct list_head head; };
(3) 挂起队列（Suspended Queue）
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作用：存储被换出到磁盘的挂起进程（就绪挂起或阻塞挂起）。
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管理策略：
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就绪挂起：可被直接激活到就绪队列。
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阻塞挂起：需等待事件完成后再激活。
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二、内存与磁盘交换（Swapping）
当物理内存不足时，系统通过交换空间（Swap） 将部分进程数据暂存到磁盘：
(1) 交换触发条件
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内存压力：空闲内存低于阈值（由
vm.swappiness控制）。 -
进程挂起：主动将长时间不运行的进程换出（如后台服务）。
(2) 交换过程
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选择牺牲页（Victim Selection）
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算法：LRU（最近最少使用）、CLOCK等。
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优先换出非活跃进程的内存页。
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换出到磁盘：将选中的内存页写入Swap分区（如
/dev/sda2）。 -
换入回内存：当进程被激活时，从磁盘重新加载数据。
(3) 挂起状态与Swap的关系
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就绪挂起 → 就绪：需先将进程数据从磁盘换入内存。
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阻塞挂起 → 阻塞：即使换入内存，仍需等待事件。
(4) Linux中的实现
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Swap分区/文件：通过
swapon/swapoff管理。 -
查看Swap使用：
free -h # 显示内存和Swap使用情况
vmstat 1 # 监控Swap I/O活动