操作系统（二） ：CPU调度

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调度的概念

调度的基本概念
在多道程序系统中，进程的数量往往多于CPU的个数，因此进程争用CPU的情况在所难免。CPU调度是对CPU进行分配，即从就绪队列中按照一定的算法（公平、高效的原则）选择一个进程并将CPU分配给它运行，以实现进程并发地执行。

CPU调度是多道程序操作系统的基础，是操作系统设计的核心问题。

调度的层次
一个作业从提交开始直到完成，往往要经历以下三级调度。

• 高级调度（作业调度）
  按照某种规则从外存上处于后备队列的作业中挑选一个（或多个），给它（们）分配内存、I/O设备等必要的资源，并建立相应的进程，以使它（们）获得竞争CPU的权利。简言之，作业调度就是内存与辅存之间的调度。每个作业只调入一次、调出一次。
  多道批处理系统中大多配有作业调度，而其他系统中通常不需要配置作业调度。
• 中级调度（内存调度）
  引入中级调度的目的是提高内存利用率和系统吞吐量。为此，将那些暂时不能运行的进程调至外存等待，此时进程的状态称为挂起态。当它们已具备运行条件且内存又稍有空闲时，由中级调度来决定将外存上的那些已具备运行条件的挂起进程再重新调入内存，并修改其状态为就绪态，挂在就绪队列上等待。中级调度实际上是存储器管理中的对换功能。
• 低级调度（进程调度）
  按照某种算法从就绪队列中选取一个进程，将CPU分配给它。进程调度是最基本的一种调度，在各种操作系统中都必须配置这级调度。进程调度的频率很高，一般几十毫秒一次。

三级调度的联系
作业调度从外存的后备队列中选择一批作业进入内存，为它们建立进程，这些进程被送入就绪队列，进程调度从就绪队列中选出一个进程，并将其状态改为运行态，将CPU分配给它。中级调度是为了提高内存的利用率，系统将那些暂时不能运行的进程挂起来。
1）作业调度为进程活动做准备，进程调度使进程正常活动起来。
2）中级调度将暂时不能运行的进程挂起，中级调度处于作业调度和进程调度之间。
3）作业调度次数少，中级调度次数略多，进程调度频率最高。
4）进程调度是最基本的，不可或缺。

调度的实现

调度程序
用于调度和分派CPU的组件称为调度程序，它通常由三部分组成：

1）排队器。将系统中的所有就绪进程按照一定的策略排成一个或多个队列，以便于调度程序选择。每当有一个进程转变为就绪态时，排队器便将它插入相应的就绪队列。
2）分派器。依据调度程序所选的进程，将其从就绪队列中取出，将CPU分配给新进程。
3）上下文切换器。在对CPU进行切换时，会发生两对上下文的切换操作：第一对，将当前进程的上下文保存到其PCB中，再装入分派程序的上下文，以便分派程序运行：第二对，移出分派程序的上下文，将新选进程的CPU现场信息装入CPU的各个相应寄存器。

在上下文切换时，需要执行大量load和store指令，以保存寄存器的内容，因此会花费较多时间。现在已有硬件实现的方法来减少上下文切换时间。通常采用两组寄存器，其中一组供内核使用，一组供用户使用。这样，上下文切换时，只需改变指针，让其指向当前寄存器组即可。

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调度的时机、切换与过程
调度程序是操作系统内核程序。请求调度的事件发生后，才可能运行调度程序，调度了新的就绪进程后，才会进行进程切换。理论上这三件事情应该顺序执行，但在实际的操作系统内核程序运行中，若某时刻发生了引起进程调度的因素，则不一定能马上进行调度与切换。

可以进行CPU调度的事件或时机（2012、2021）

现代操作系统中，应该进行进程调度与切换的情况如下：
1）创建新进程后，父进程和子进程都处于就绪态，因此需要决定是运行父进程还是运行子进程，调度程序可以合法地决定其中一个进程先运行。
2）进程正常结束或异常终止后，必须从就绪队列中选择某个进程运行。若没有就绪进程，则通常运行一个系统提供的闲逛进程。
3）当进程因I/O请求、信号量操作或其他原因此被阻塞时，必须调度其他进程运行。
4）当I/O设备准备就绪后，发出I/O中断，原先等待I/O的进程从阻塞态变为就绪态，此时需要决定是让新的就绪进程投入运行，还是让中断发生时运行的进程继续执行。

此外，在有些系统中，当有更紧急的任务（如更高优先级的进程进入就绪队列）需要处理时，或者当前进程的时间片用完时，也会被强行剥夺CPU。
进程切换往往在调度完成后立刻发生，它要求保存原进程当前断点的现场信息，恢复被调度进程的现场信息。现场切换时，操作系统内核将原进程的现场信息推入当前进程的内核堆栈来保存它们，并更新堆栈指针内核完成从新进程的内核栈电装入新进程的现场信息更新当前运行进程空间指针、重设PC寄存器等相关工作之后，开始运行新的进程。

不能进行进程的调度与切换的情况如下：
1）在处理中断的过程中。中断处理过程复杂，在实现上很难做到进程切换，而且中断处理是系统工作的一部分，逻辑上不属于某一进程，不应被剥夺CPU资源。
2）需要完全屏蔽中断的原子操作过程中。如加锁、解锁、中断现场保护、恢复等原子操作。在原子过程中，连中断都要屏蔽，更不应该进行进程调度与切换。

若在上述过程中发生了引起调度的条件，则不能马上进行调度和切换，应置系统的请求调度标志，直到上述过程结束后才进行相应的调度与切换。

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进程调度的方式
所谓进程调度方式，是指当某个进程正在CPU上执行时，若有某个更为重要或紧迫的进程需要处理，即有优先权更高的进程进入就绪队列，此时应如何分配CPU。

通常有以下两种进程调度方式：
1）非抢占调度方式，也称非剥夺方式。是指当一个进程正在CPU上执行时，即使有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，仍然让正在执行的进程继续执行，直到该进程运行完成（如正常结束、异常终止）或发生某种事件（如等待I/O操作、在进程通信或同步中执行了Block原语）而进入阻塞态时，才将CPU分配给其他进程。
非抢占调度方式的优点是实现简单、系统开销小，适用于早期的批处理系统，但它不能用于分时系统和大多数的实时系统。
2）抢占调度方式，也称剥夺方式。是指当一个进程正在CPU上执行时，若有某个更为重要或紧迫的进程需要使用CPU，则允许调度程序根据某种原则去暂停正在执行的进程，将CPU分配给这个更为重要或紧迫的进程。
抢占调度方式对提高系统吞吐率和响应效率都有明显的好处。但“抢占”不是一种任意性行为，必须遵循一定的原则，主要有优先权、短进程优先和时间片原则等。

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闲逛进程
当进程切换时，若系统中没有就绪进程，则会调度 闲逛进程（Idle Process） 运行，它的PID为0。若没有其他进程就绪，则该进程就一直运行，并在指令周期后测试中断。闲逛进程的优先级最低，没有就绪进程时才会运行闲逛进程，只要有进程就绪，就会立即让出CPU。

闲逛进程不需要CPU之外的资源，它不会被阻塞。

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两种线程的调度
1）用户级线程调度。因为内核并不知道线程的存在，所以内核还是和以前一样，选择一个进程，并给予时间控制。由进程中的调度程序决定哪个线程运行。
2）内核级线程调度。内核选择一个特定线程运行，通常不用考虑该线程属于哪个进程。对被选择的线程赋予一个时间片，若超过了时间片，则会强制挂起该线程。

用户级线程的线程切换在同一进程中进行，仅需少量的机器指令；内核级线程的线程切换需要完整的上下文切换、修改内存映像、使高速缓存失效，这就导致了若干数量级的延迟。

调度的目标

不同的调度算法具有不同的特性，在选择调度算法时，必须考虑算法的特性。为了比较CPU调度算法的性能，人们提出了很多评价标准，下面介绍其中主要的几种：

进程切换

进程调度前后CPU模式的变化（2023）
切换进程时的操作（2024）

对通常的进程而言，其创建、撤销及要求由系统设备完成的I/O操作，都是利用系统调用而进入内核，再由内核中的相应处理程序予以完成的。进程切换同样是在内核的支持下实现的，因此可以说，在何进程都是在操作系统内核的支持下运行的，是与内核紧密相关的。

1）上下文切换
切换CPU到另一个进程需要保存当前进程状态并恢复另一个进程的状态，这个任务称为上下文切换。

进程上下文采用进程PCB表示，包括CPU寄存器的值、进程状态和内存管理信息等。当进行上下文切换时，内核将旧进程状态保存在其PCB中，然后加载经调度而要执行的新进程的上下文。在切换过程中，进程的运行环境产生实质性的变化。上下文切换的流程如下：

1. 挂起一个进程，将CPU上下文保存到PCB，包括程序计数器和其他寄存器。
2. 将进程的PCB移入相应的队列，如就绪、在某事件阻塞等队列。
3. 选择另一个进程执行，并更新其PCB。
4. 恢复新进程的CPU上下文。
5. 跳转到新进程PCB中的程序计数器所指向的位置执行。

2）上下文切换的消耗
上下文切换通常是计算密集型的，即它需要相当可观的CPU时间，在每秒几十上百次的切换中，每次切换都需要纳秒量级的时间，所以上下文切换对系统来说意味着消耗大量的CPU时间。有些CPU提供多个寄存器组，这样，上下文切换就只需要简单改变当前寄存器组的指针。

3）上下文切换与模式切换
模式切换与上下文切换是不同的，模式切换时，CPU逻辑上可能还在执行同一进程。用户进程最开始都运行在用户态，若进程因中断或异常进入内核态运行，执行完后又回到用户态刚被中断的进程运行。用户态和内核态之间的切换称为模式切换，而不是上下文切换，因为没有改变当前的进程。上下文切换只能发生在内核态，它是多任务操作系统中的一个必需的特性。

调度和切换的区别：
调度是指决定资源分配给哪个进程的行为，是一种决策行为；
切换是指实际分配的行为，是执行行为。
一般来说，先有资源的调度，然后才有进程的切换。

CPU调度算法

操作系统中存在多种调度算法，有的调度算法适用于作业调度，有的调度算法适用于进程调度，有的调度算法两者都适用。下面介绍几种常用的调度算法。

各种调度算法的特点与对比（2009、2011、2014）

先来先服务（FCFS）调度算法

FCFS调度算法是一种最简单的调度算法，它既可用于作业调度，又可用于进程调度。

FCFS调度算法思想（2017)

• 在作业调度中，FCFS调度算法每次从后备作业队列中选择最先进入该队列的一个或几个作业，将它们调入内存，分配必要的资源，创建进程并放入就绪队列。
• 在进程调度中，FCFS调度算法每次从就绪队列中选择最先进入该队列的进程，将CPU分配给它，使之投入运行，直到运行完成或因某种原因此阻塞时才释放CPU。

下面通过一个实例来说明FCFS调度算法的性能。假设系统中有4个作业，它们的提交时间分别是8，8.4，8.8，9，运行时间依次是2, 1, 0.5, 0.2，系统采用FCFS调度算法，这组作业的平均等待时间、平均周转时间和乎均带权周转时间见表2.2。

FCFS调度算法属于不可剥夺算法。从表面上看，它对所有作业都是公平的，但若一个长作业先到达系统，就会使后面的许多短作业等待很长时间，因此它不能作为分时系统和实时系统的主要调度策略。但它常被结合在其他调度策略中使用。例如，在使用优先级作为调度策略的系统中，往往对多个具有相同优先级的进程按FCFS原则处理。

FCFS调度算法的特点是算法简单，但效率低：对长作业比较有利，但对短作业不利（相对SJF和高响应比）：有利于CPU繁忙型作业，而不利于I/O繁忙型作业。

短作业优先（SJF）调度算法

SJF调度算法的思想（2017)
短作业（进程）优先调度算法是指对短作业（进程）优先调度的算法。

• 短作业优先（SJF）调度算法从后备队列中选择一个或几个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存运行；
• 短进程优先（SPF）调度算法从就绪队列中选择一个估计运行时间最短的进程，将CPU分配给它，使之立即执行，直到完成或发生某事件而阻塞时才释放CPU。

例如，考虑表2.2中给出的一组作业，若系统采用短作业优先调度算法，其平均等待时间、平均周转时间和平均带权周转时间见表2.3。

SJF算法也存在不容忽视的缺点：

1）该算法对长作业不利，由表2.2和表2.3可知，SJF调度算法中长作业的周转时间会增加。更严重的是，若有一长作业进入系统的后备队列，由于调度程序总是优先调度那些（即使是后进来的）短作业，将导致长作业长期不被调度，产生饥饿现象（注意区分死锁，后者是系统环形等待，前者是调度策略问题）。
2）该算法完全未考虑作业的紧迫程度，因此不能保证紧迫性作业会被及时处理。
3）由于作业的长短是根据用户所提供的估计执行时间而定的，而用户又可能有意或无意地缩短其作业的估计运行时间，致使该算法不一定能真正做到短作业优先调度。

考点： 饥饿现象的含义（2016）

SPF算法也可以是抢占式的（若未特别说明，则默认为非抢占式）。
当一个新进程到达就绪队列时，若其估计执行时间比当前进程的剩余时间小，则立即暂停当前进程，将CPU分配给新进程。因此，抢占式SPF调度算法也称最短剩余时间优先调度算法。

短作业（SJF）调度算法的平均等待时间、平均周转时间是最优的。

高响应比优先调度算法

高响应比优先调度算法主要用于作业调度，是对FCFS调度算法和SJF调度算法的一种综合平衡，同时考虑了每个作业的等待时间和估计的运行时间。在每次进行作业调度时，先计算后备作业队列中每个作业的响应比，从中选出响应比最高的作业投入运行。

响应比的变化规律可描述为

根据公式可知：
①作业的等待时间相同时，要求服务时间越短，响应比越高，有利于短作业，因此类似于SJF。
②要求服务时间相同时，作业的响应比由其等待时间决定，等待时间越长，其响应比越高，因此类似于FCFS。
③对于长作业，作业的响应比可以随等待时间的增加而提高，当其等待时间足够长时，也可获得CPU，克服了“饥饿”现象。

优先级调度算法

优先级调度算法既可用于作业调度，又可用于进程调度。该算法中的优先级用于描述作业的紧迫程度。

在作业调度中，优先级调度算法每次从后备作业队列中选择优先级最高的一个或几个作业，将它们调入内存，分配必要的资源，创建进程并放入就绪队列。

在进程调度中，优先级调度算法每次从就绪队列中选择优先级最高的进程，将CPU分配给它，使之投入运行。

非抢占式优先级调度算法的应用分析（2018）
抢占式优先级调度算法的应用分析（2022、2023）

根据新的更高优先级进程能否抢占正在执行的进程，可将该调度算法分为如下两种：

• 非抢占式优先级调度算法。
  当一个进程正在CPU上运行时，即使有某个优先级更高的进程进入就绪队列，仍让正在运行的进程继续运行，直到由于其自身的原因此让出CPU时（任务完成或等待事件），才将CPU分配给就绪队列中优先级最高的进程。
• 抢占式优先级调度算法。
  当一个进程正在CPU上运行时，若有某个优先级更高的进程进入就绪队列，则立即暂停正在运行的进程，将CPU分配给优先级更高的进程。

命题追踪静态优先级和动态优先级的分析（2016）
命题追踪调整进程优先级的合理时机（2010）

而根据进程创建后其优先级是否可以改变，可将进程优先级分为以下两种：

• 静态优先级。
  优先级是在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变。确定静态优先级的主要依据有进程类型、进程对资源的要求、用户要求。优点是简单易行，系统开销小；缺点是不够精确，可能出现优先级低的进程长期得不到调度的情况。
• 动态优先级。
  创建进程时先赋予进程一个优先级，但优先级会随进程的推进或等待时间的增加而改变，以便获得更好的调度性能。例如，规定优先级随等待时间的增加而提高，于是，对于优先级初值较低的进程，在等待足够长的时间后也可获得CPU。

一般来说，进程优先级的设置可以参照以下原则：
1）系统进程>用户进程。系统进程作为系统的管理者，理应拥有更高的优先级。
2）交互型进程>非交互型进程（或前台进程>后台进程）。大家平时在使用手机时，在前台运行的正在和你交互的进程应该更快速地响应你，因此自然需要被优先处理。
3）I/O型进程>计算型进程。所谓I/O型进程，是指那些会频繁使用I/O设备的进程，而计算型进程是那些频繁使用CPU的进程（很少使用I/O设备）。我们知道，I/O设备（如打印机）的处理速度要比CPU慢得多，因此若将I/O型进程的优先级设置得更高，就更有可能让I/O设备尽早开始工作，进而提升系统的整体效率。

进程优先级的设置：I/O型和计算型（2013）

时间片轮转（RR）调度算法

时间片轮转调度算法的原理（2021、2024）

时间片轮转（RR）调度算法主要适用于分时系统。
这种算法最大的特点是公平，系统将所有的就绪进程按FCFS策略排成一个就绪队列，每隔一定的时间（如30ms）便产生一次时钟中断，激活调度程序进行调度，将CPU分配给就绪队列的队首进程，并令其执行一个时间片。在执行完一个时间片后，即使进程并未运行完成，它也必须释放出（被剥夺）CPU给就绪队列的新队首进程，而被剥夺的进程返回到就绪队列的末尾重新排队，等候再次运行。

在RR调度算法中，若一个时间片尚未用完而当前进程已运行完成，则调度程序会被立即激活：若一个时间片用完，则产生一个时钟中断，由时钟中断处理程序来激活调度程序。

时间片轮转调度算法的特点（2017）

在RR调度算法中，时间片的大小对系统性能的影响很大。若时间片足够大，以至于所有进程都能在一个时间片内执行完毕，则时间片轮转调度算法就退化为先来先服务调度算法。若时间片很小，则CPU将在进程间过于频繁地切换，使CPU的开销增大，而真正用于运行用户进程的时间将减少。

因此，时间片的大小应选择适当，时间片的长短通常由以下因素确定：系统的响应时间、就绪队列中的进程数目和系统的处理能力。

多级队列调度算法

前述的各种调度算法，由于系统中仅设置一个进程的就绪队列，即调度算法是固定且单一的，无法满足系统中不同用户对进程调度策略的不同要求。在多CPU系统中，这种单一调度策略实现机制的缺点更为突出，多级队列调度算法能在一定程度上弥补这方缺点。

多级队列调度算法 在系统中设置多个就绪队列，将不同类型或性质的进程固定分配到不同的就绪队列。每个队列可实施不同的调度算法，因此，系统针对不同用户进程的需求，很容易提供多种调度策略。同一队列中的进程可以设置不同的优先级，不同的队列本身也可以设置不同的优先级。在多CPU系统中，可以很方便为每个CPU设置一个单独的就绪队列，每个CPU可实施各自不同的调度策略，这样就能根据用户需求将多个线程分配到一个或多个CPU上运行。

多级反馈队列调度算法（融合前几种算法的优点）

多级反馈队列调度算法的应用分析（2019）

多级反馈队列调度算法是时间片轮转调度算法和优先级调度算法的综合与发展，如图2.9所示。

通过动态调整进程优先级和时间片大小，多级反馈队列调度算法可以兼顾多方面的系统目标。
例如，为提高系统吞吐量和缩短平均周转时间而照顾短进程；为获得较好的I/O设备利用率和缩短响应时间而照顾I/O型进程；同时，也不必事先估计进程的执行时间。

多级反馈队列调度算法的实现思想（2020）

多级反馈队列调度算法的实现思想如下：
1）设置多个就绪队列，并为每个队列赋予不同的优先级。第1级队列的优先级最高，第2级队列的优先级次之，其余队列的优先级逐个降低。
2）赋予各个队列的进程运行时间片的大小各不相同。在优先级越高的队列中，每个进程的时间片就越小。例如，第i+1级队列的时间片要比第i级队列的时间片长1倍。
3）每个队列都采用FCFS算法。新进程进入内存后，首先将它放入第1级队列的末尾，按FCFS原则等待调度。当轮到该进程执行时，如它能在该时间片内完成，便可撤离系统。若它在一个时间片结束时尚未完成，调度程序将其转入第2级队列的末尾等待调度；若它在第2级队列中运行一个时间片后仍未完成，再将它放入第3级队列，以此类推。当进程最后被降到第n级队列后，在第n级队列中便采用时间片轮转方式运行。
4）按队列优先级调度。仅当第1级队列为空时，才调度第2级队列中的进程运行；仅当第1~i-1级队列均为空时，才会调度第i级队列中的进程运行。若CPU正在执行第i级队列中的某个进程时，又有新进程进入任何一个优先级较高的队列，此时须立即将正在运行的进程放回到第i级队列的末尾，而将CPU分配给新到的高优先级进程。

多级反馈队列的优势有以下几点：
1）终端型作业用户：短作业优先。
2）短批处理作业用户：周转时间较短。
3）长批处理作业用户：经过前面几个队列得到部分执行，不会长期得不到处理。

基于公平原则的调度算法

前面介绍的几种调度算法都只能保证满足要求的进程优先运行，但不能保证进程占用了多少CPU时间，也未考虑调度的公平性。下文介绍两种相对公平的调度算法。

保证调度算法
保证调度算法向用户做出明确的性能保证，而非优先运行保证。一种很实际且很容易实现的保证是：若系统中有n个用户登录，则每个用户都保证获得1/n的CPU时间：又如，若在单用户系统中有n个进程正在运行，则每个进程都保证获得1/n的CPU时间。

为了实现保证调度算法，系统必须具有下列功能：
1）跟踪各个进程自创建以来已获得了多少CPU时间。
2）计算各个进程应获得的CPU时间，即自创建以来的时间除以n。
3）计算各个进程真正获得的CPU时间和应获得的CPU时间之比。若比率为0.5，则说明一个进程只获得了应得时间的一半，而若比率为2.0，则说明它获得了应得时间的2倍。
4）调度比率最小的进程持续运行，直到该进程的比率超过最接近它的进程的比率为止。

公平分享调度算法
保证对进程公平，但并不意味着对用户也公平。假设各个用户所拥有的进程数不同，如用户1启动4个进程而用户2只启动1个进程，采用RR调度，那么对每个进程而言很公平，用户1得到80%的CPU时间，而用户2只得到20%的CPU时间，显然对用户2有失公平。

公平分享调度算法保证所有用户能获得相同的CPU时间，或所要求的时间比例。在这种方式下，不论用户启动多少进程，都能保证每个用户分配到应得的CPU份额。

例如，系统中有两个用户，用户1有4个进程A、B、C和D，而用户2只有1个进程E，若采用RR调度，为保证两个用户能获得相同的CPU时间，一个满足条件的调度序列是AEBECEDEAEBECEDE…
若用户1获得的CPU时间是用户2的两倍，则可能的调度序列是ABECDEABECDE…

多处理机调度

多处理机系统的调度较单处理机系统复杂，它与系统结构有关。

非对称多处理机（Asymmetric MultiProcessing，AMP） 大多采用主从式操作系统，内核驻留在主机上，而从机上只运行用户程序，进程调度由主机负责。当从机空闲时，便向主机发送一个索求进程的信号，在主机中有一个就绪队列，只要队列不为空，主机便从队首摘下一个进程分配给索求进程的从机。这种分配方式实现简单，缺点是主机太忙，容易成为系统瓶颈。

对称多处理机（Symmetric MultiProcessing，SMP） 的所有处理机都是相同的，因此由调度程序将任何一个进程分配给任何一个CPU。本节主要讨论SMP系统的调度问题。

1）亲和性和负载平衡
当一个进程从个CPU移到其他CPU上时，应将第一个CPU的缓存设置为无效，然后重新填充第二个CPU的缓存，这种操作的代价较高，因此系统应尽量避免将进程从个CPU移到另个CPU，而应试图让一个进程运行在同一个CPU上，这称为处理器亲和性。

对于SMP系统，应尽量保证所有CPU的负载平衡（也称负载均衡）以便充分利用多处理机的优点，否则，一个或多个CPU会空闲，而其他CPU会处于高负载状态，且有一些进程处于等待状态。负载平衡应设法将负载平均分配到SMP系统的所有CPU上。

然而，负载平衡通常会抵消处理器亲和性带来的好处，保持一个进程运行在同一个CPU上的好处是可以利用它在该CPU的缓存。而将进程从一个CPU迁移到另一个CPU会失去这个好处。因此，在某些系统中，只有当不平衡达到一定程度后才移动进程。

2）多处理机调度方案
方案一：公共就绪队列
系统中仅设置一个公共就绪队列，所有CPU共享同一个就绪队列。这种方案很好地实现了负载平衡，因为CPU一旦空闲，它就立刻从公共就绪队列中选择一个进程运行。缺点是各进程可能频繁地在不同的CPU上运行，处理器亲和性不好。
提升处理器亲和性的方法有两种：软亲和和硬亲和。软亲和是指由调度程序尽量保持一个进程到某个CPU上，但这个进程也可以迁移到其他CPU上。硬亲和是指由用户进程通过系统调用，主动请求系统分配到固定的CPU上。例如，Linux系统实现了软亲和，也支持硬亲和的系统调用。

方案二：私有就绪队列
系统为每个CPU设置一个私有就绪队列，当CPU空闲时，就从各自的私有就绪队列中选择一个进程运行。这种方案很好地实现了处理器亲和性，缺点是必须进行负载平衡。
平衡负载的方法通常有两种：推迁移和拉迁移。对于推迁移，一个特定的系统程序周期性检查每个CPU的负载，若发现不平衡，则从超载CPU的就绪队列中“推”一些进程到空闲CPU的就绪队列，从而平均分配负载。若一个CPU负载很低，则从超载CPU的就绪队列中“拉”一些进程到自己的就绪队列，发生拉迁移。在系统中，推迁移和拉迁移常被并行实现。

总结

本节主要介绍了CPU调度的概念。操作系统主要管理CPU、内存、文件、设备几种资源，只要对资源的请求大于资源本身的数量，就会涉及调度。例如，在单处理器系统中，CPU只有一个，而请求的进程却有多个，因此就需要CPU调度。出现调度的概念后，又有了一个问题，即如何调度、应该满足谁、应该让谁等待，这是调度算法所面对的问题；而应该满足谁、应该让谁等待，要遵循一定的准则。调度这一概念贯穿于操作系统的始终，在接下来的学习中，将接触到几种资源的调度问题。将它们与CPU调度的内容相对比，将发现有异曲同工之妙。

1）为什么要进行CPU调度？
若没有CPU调度，则意味着要等到当前运行的进程执行完毕后，下一个进程才能执行，而实际情况中，进程时常需要等待一些外部设备的输入，而外部设备的速度与CPU相比是非常缓慢的，若让CPU总是等待外部设备，则对CPU的资源是极大的浪费。而引进CPU调度后，可在运行进程等待外部设备时，将CPU调度给其他进程，从而提高CPU的利用率。用一句简单的话说，就是为了合理地处理计算机的软/硬件资源。

2）常见进程调度算法的特点

本节介绍的调度算法有先来先服务调度、短作业优先调度、优先级调度、高响应比优先调度、时间片轮转调度、多级队列调度、多级反馈队列调度7种。

先来先服务算法和短作业优先算法无法保证及时地接收和处理问题，因此无法保证在规定的时间间隔内响应每个用户的需求，也同样无法达到实时操作系统的及时性需求。

优先级调度算法按照任务的优先级进行调度，对于更紧急的任务给予更高的优先级，适合实时操作系统。

高响应比优先调度算法、时间片轮转调度算法、多级反馈队列调度算法都能保证每个任务在一定时间内分配到时间片，并轮流占用CPU，适合分时操作系统。