时间片轮转调度

计算机科学概念

时间片的概念，可以用来部分解释本书开始时的一句话：在数据传输领域，你亲眼看见的，都不是真的。在宏观上：我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。但是在微观上：由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。

概念的引入

说到并行计算，尤其是单台计算机的并行计算，一定要先建立时间片的概念。

我们现在所用的，不管是Windows还是Linux，一般都称为多任务操作系统，即，系统允许并行运行多个应用程序。

操作系统一般是按照一定策略，定期给每个活动的进程执行其内部程序的机会，并且每次只执行一小段时间，然后操作系统利用中断强行退出执行，将当前程序信息压栈，然后开始执行下一个进程的一小段程序。

通过这样不断快速的循环切换，每个程序都获得执行，在用户看来，感觉到很多程序都在平行的执行，这就模拟了并行计算。

当然，新的多核CPU以及超线程CPU，内部就有超过1个的CPU执行体，运行时就不是模拟了，而是真的有两个以上的程序在被执行。

当然在我们程序员看来，只需要理解程序是被操作系统片段执行的，每个片段就是一个时间片，就足够了。

既然是片段执行，程序员就必须理解，在自己的程序运行时不是独一无二的，我们看似很顺畅的工作，其实是由一个个的执行片段构成的，我们眼中相邻的两条语句甚至同一个语句中两个不同的运算符之间，都有可能插入其他线程或进程的动作。

基本概念

时间片轮转法（Round-Robin，RR）主要用于分时系统中的进程调度。为了实现轮转调度，系统把所有就绪进程按先入先出的原则排成一个队列。新来的进程加到就绪队列末尾。每当执行进程调度时，进程调度程序总是选出就绪队列的队首进程，让它在CPU上运行一个时间片的时间。时间片是一个小的时间单位，通常为10~100ms数量级。当进程用完分给它的时间片后，系统的计时器发出时钟中断，调度程序便停止该进程的运行，把它放入就绪队列的末尾；然后，把CPU分给就绪队列的队首进程，同样也让它运行一个时间片，如此往复。

进程调度

采用此算法的系统，其程序就绪队列往往按进程到达的时间来排序。进程调度程序总是选择就绪队列中的第一个进程，也就是说按照先来先服务原则调度，但一旦进程占用处理机则仅使用一个时间片。在使用先一个时间片后，进程还没有完成其运行，它必须释放出处理机给下一个就绪的进程，而被抢占的进程返回到就绪队列的末尾重新排队等待再次运行。

处理器同一个时间只能处理一个任务。处理器在处理多任务的时候，就要看请求的时间顺序，如果时间一致，就要进行预测。挑到一个任务后，需要若干步骤才能做完，这些步骤中有些需要处理器参与，有些不需要（如磁盘控制器的存储过程）。不需要处理器处理的时候，这部分时间就要分配给其他的进程。原来的进程就要处于等待的时间段上。经过周密分配时间，宏观上就象是多个任务一起运行一样，但微观上是有先后的，就是时间片轮换。

实现思想

时间片轮转算法的基本思想是，系统将所有的就绪进程按先来先服务算法的原则，排成一个队列，每次调度时，系统把处理机分配给队列首进程，并让其执行一个时间片。当执行的时间片用完时，由一个计时器发出时钟中断请求，调度程序根据这个请求停止该进程的运行，将它送到就绪队列的末尾，再把处理机分给就绪队列中新的队列首进程，同时让它也执行一个时间片。

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