目錄
1. 基本概念
1.1 cpu-i/o執行週期
1.2 cpu排程程式（cpu scheduler）
1.3 程序狀態模型
1.4 搶占排程
1.5 排程程式（dispatcher）
1.6 排程準則
2. 排程演算法
2.1 先到先服務（fcfs）
2.2 最短作業優先排程（sjf）
2.3 優先順序排程
2.4 輪轉排程（rr）
2.5 多級佇列排程
2.6 多級反饋佇列排程
3 執行緒排程
參考資料：
程序排程的目的：在程序間切換cpu，最大化cpu利用率，通過作業系統的排程使得計算機資源分配和使用更加高效。
程序的屬性：程序執行包括週期進行cpu執行和i/o等待。據此可以將程式分為cpu密集型程式和i/o密集型程式。
cpu密集型程式一般只有少量長cpu執行；i/o密集型程式一般具有大量短cpu執行。
cpu空閒時，作業系統從就緒佇列中選擇乙個程序來執行，程序選擇採用短期排程程式（short-term scheduler）或cpu排程程式。
排程程式分為：短期排程程式，中期排程程式和長期排程程式。
可以參考之前的博文——【作業系統——程序狀態】。
其中七狀態模型包含的情況比較全面，除了程序的建立、就緒、執行、等待、終止這五個狀態，考慮在執行虛擬記憶體管理的作業系統中，可以將暫時不用的程序（處於就緒態和等待態的程序）換出（swap out）到外部儲存裝置（如硬碟）中，在適當的時間再將其換入（swap in）到記憶體中，此時引入了就緒掛起和等待掛起狀態。
需要cpu排程的4種情況：
當乙個程序從執行狀態切換到等待狀態（例如i/o請求，或wait()呼叫）
當乙個程序從執行狀態切換到就緒狀態（例如當出現中斷）
當乙個程序從等待狀態切換到就緒狀態（例如i/o完成）
當乙個程序終止。
排程方案分為兩種：（1）非搶占的（nonpreemptive）或協作的（cooperative）；（2）搶占的（preemptive）。非搶占排程下，一旦某個程序分配到cpu，該程序會一直使用cpu，直到它終止或切換到等待狀態。搶占排程允許第二個程序搶占第乙個程序的執行，這中間可能涉及程序共享資料的一致性問題，程序同步問題。
這個排程程式在英文原書中稱為「dispatcher」，與上面說的cpu排程程式（cpu scheduler）不同，cpu scheduler負責程序的選擇（排程），而dispatcher負責將cpu控制交給由cpu schedule（即短期排程程式）選擇的程序，cpu scheduler負責程序選擇，dispatcher實現排程過程的程序切換細節，個人感覺二者屬於上下游關係。
dispatcher的主要功能如下：
排程程式停止乙個程式而啟動另乙個程式所需的時間稱為排程延遲（dispatch latency）。
為了比較不同的cpu排程演算法，採用一些比較準則來評價cpu排程演算法的特性，具體的一些比較準則包括：
程序排程的理想情況是：最大化cpu使用率和吞吐量，最小化周轉時間、等待時間和響應時間。
先到先服務（first-come first-served，fcfs）排程演算法。通過fifo佇列實現，當乙個程序進入就緒佇列中的時候，它的pcb會被鏈結到佇列尾部；當cpu空閒時，它會分配給位於佇列頭部的程序，並且這個程序從佇列中移去。
特點：最短作業優先（shortest-job-first，sjf）排程演算法。將每個程序與其下次cpu首席執行官度關聯起來，cpu空閒時會被賦給具有最短cpu執行時間（注意是下次cpu執行的時間最短而不是總的時間最短）的程序執行。另一種叫法是：最短下次cpu執行（shortest-next-cpu-burst）演算法。
特點：優先順序排程（priority-scheduling）演算法為每個程序關聯乙個優先順序，具有最高優先順序的程序會分到cpu；具有相同優先順序的程序按照fcfs的順序排程。sjf演算法是乙個簡單的優先順序演算法，其優先順序（p）為下次（**的）cpu執行時間的導數。
特點：輪轉（round-robin，rr）排程演算法，類似fcfs排程，但是增加了搶占以切換程序。將乙個較小的時間單元定義為時間量（time quantum）或時間片（time slice），將就緒佇列作為迴圈佇列，cpu排程整個就緒佇列，為每個程序分配不超過乙個是時間片的cpu。
特點：多級佇列（multilevel queue）排程演算法，將就緒佇列分成多個單獨的佇列，根據程序屬性（如記憶體大小、程序優先順序、程序型別等），乙個程序永久分到乙個佇列，每個佇列有自己的排程演算法。例如可有兩個佇列分別用於前台程序和後台程序，前台佇列可採用rr演算法排程，後台佇列採用fcfs演算法排程。
多級佇列排程演算法例項，有五個佇列，優先順序由高到低，分別為：（1）系統程序；（2）互動程序；（3）互動編輯程序；（4）批處理程序；（5）學生程序。其中每個佇列與更低層佇列相比具有絕對的優先，例如只有系統程序、互動程序和互動編輯程序佇列都為空，批處理佇列內的程序才能執行。如果乙個批處理程序執行過程中有乙個互動程序進入就緒佇列，那麼該批處理程序會被搶占。
另一種可能是，在佇列之間劃分時間片，每個佇列具有一定比例的cpu時間，可用於排程佇列內的程序。例如對於前台-後台佇列例子，前台佇列可有80％的cpu時間，用於程序之間的rr排程；後台佇列可以有20％的cpu時間，用於按fcfs演算法來排程程序。
多級反饋佇列排程（multilevel feedback queue）排程演算法允許程序在佇列之間遷移，其特點在於：
多級反饋佇列排程程式可由下列引數定義：
執行緒可以分為使用者級（user-level）執行緒和核心級（kernel-level）執行緒。在支援執行緒的作業系統上，核心級執行緒（而不是程序）才是作業系統所排程的。這裡理解為上述的程序排程演算法，其實就cpu而言，並不嚴格區分該演算法究竟是用於排程程序還是用於排程執行緒，而是用於排程基本的排程單元，在支援執行緒的作業系統上，執行緒才是cpu排程的基本單元，此時上述排程演算法此時用於執行緒排程。
關於使用者級執行緒和核心級執行緒：使用者級執行緒是由執行緒庫管理的，核心並不知道。使用者級執行緒最後執行在cpu上，對映到相應的核心級執行緒，這種對映不是直接的，可能採用輕量級程序（light weight process，lwp），因此核心級執行緒和使用者級執行緒的排程具體實現仍有所區別。
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對於單處理器系統，同一時間只有乙個程式可以執行 其他程序都應等待，直到cpu空閒並可排程為止。多道程式的目標是，始終允許某個程序執行以最大化cpu利用率。cpu的程序屬性 週期進行cpu執行和i o等待。程序在這兩個狀態之間不斷交替。程序執行從cpu執行開始，之後i o執行 接著另乙個cpu執行，接...