进程调度的时机，切换与过程方式（操作系统OS）

想象一下，CPU 就是一个办公室里唯一的一位超级打工人 ，他一次只能处理一件任务。而进程（Process）就是他需要处理的一件件具体任务，比如"写A项目的报告"、"做B项目的PPT"、"回复C客户的邮件"等等。

办公室里还有个工头（操作系统） ，他负责管理这位打工人，决定他下一个小时、下一分钟应该干什么活。这个决定过程，就叫做"进程调度"。

好，带着这个比喻，我们来逐一拆解视频里的知识点。

工头什么时候会介入，让打工人换个任务呢？

打工人主动要求换（主动放弃）
- 任务完成了：打工人说："A项目的报告我写完了！" (进程正常终止)
- 任务出错了：打工人说："写报告的软件崩溃了，这活干不下去了！" (发生异常终止)
- 需要等别人：打工人说："我需要等设计部把图片发给我，才能继续做PPT。我先等着，你安排点别的活吧。" (进程发出I/O请求，比如读写文件、等待网络数据，进入阻塞状态)
工头强制他换（被动放弃）
- 时间到了：工头说："A报告你已经写了10分钟了，按规定该轮到B任务了，先停下！" (分配的时间片用完)
- 有更急的活：工头突然冲过来说："别写报告了！大老板要的紧急数据清单来了，马上做这个！" (有优先级更高的进程进入就绪队列)

虽然工头可以随时换任务，但有些特殊时刻，是绝对不能打扰这位打工人的，否则会出大事。

正在处理紧急情况时（处理中断过程中）
- 比喻：办公室的火警响了！打工人正在按照紧急预案进行操作（比如关闭电闸、保存关键数据）。这时候工头跑过来说"别管火警了，快来做PPT"，这显然是不行的。中断处理就像处理火警一样，是十万火急的、流程固定的，必须一气呵成。
正在整理"任务总清单"时（在操作系统内核程序临界区中）
- 比喻：工头有一本"所有任务状态"的总账本（这就是内核数据，比如就绪队列）。打工人正在帮工头整理这个账本，比如把"已完成"的任务划掉，把"新来的"任务加上。在他整理到一半时（比如刚把A任务划掉，还没把B任务加上），如果工头强制他去干别的，那这个总账本就乱了，整个办公室的管理都会出问题。
- 所以，当进程在访问这种核心管理数据 时，会先"锁门"，告诉工头"别催，等我弄完这个再说"，这就是内核临CRITICAL区，不能调度。
正在做"一笔转账"时（原子操作过程中）
- 比喻：打工人的任务是从A账户转100元到B账户。这个操作分两步：1. A账户减100元；2. B账户加100元。这两步必须连续完成，不可分割。如果在第1步完成后打断他，A的钱少了，B的钱没多，那100块钱就凭空消失了！这种必须一气呵成、不能被打断的操作，就叫原子操作。

内核程序临界区 ：就像上面说的，是访问**"办公室管理总账本"的地方。如果在这里被打断，会影响到整个办公室的运作**。所以，为了保证管理不出错，不允许调度。
普通临界区 ：是访问**"公共打印机"这样的地方。比如，A任务正在打印一份100页的文件，B任务也想打印。这时候，B任务只能等着。但是，在A任务等待打印机慢慢吐纸的这个漫长时间里，我们的超级打工人（CPU）闲着也是闲着，工头（操作系统）完全可以让他先去做别的任务**，比如回个邮件。这并不会影响办公室的管理，反而提高了打工人的利用率。

总结一下：进"核心区"是为了修改系统核心数据，不能打扰；进"普通区"是为了使用一个共享设备，可以趁等待的功夫去干点别的。

工头安排工作有两种风格：

"绅士"风格（非剥夺/非抢占式）
- 工头把一个任务交给打工人后，就完全信任他。除非打工人自己说"我干完了"或者"我需要等待"，否则工头绝不打扰。哪怕此时来了更紧急的任务，工头也得等着。
- 优点：管理简单，工头省心（系统开销小）。
- 缺点：无法处理急事，万一一个任务占着不放，紧急任务就得一直等。
- 适用场景：早期的批处理系统，大家排好队，一个一个来。
"霸道总裁"风格（剥夺/抢占式）
- 工头有绝对的权威。他可以随时根据情况，强行中断打工人当前的任务，让他去做更重要的事。比如"这个任务你先干10分钟"，10分钟一到，立刻换人；或者"停下，那个更急！"
- 优点：能及时响应紧急任务，用户体验好。
- 缺点：工头得频繁介入，管理开销大。
- 适用场景：我们现在用的电脑和手机（分时操作系统），以及需要快速响应的工业控制系统（实时操作系统）。

这一点很容易混淆，我们再用比喻说清楚：

进程调度：是**"决策"过程**。工头看着手里的任务清单，思考了一下，说："好了，下一个让打工人去做B任务！" 这个**"决定谁上"的思考动作**，就是调度。
进程切换 ：是**"执行"过程**。在工头做出决定后，如果决定要换一个新任务，打工人就需要：
1. 把他正在做的A任务的所有资料、进度（比如报告写到第几页了，思路是什么）都整理好，存档（保存旧进程的现场）。
2. 再拿出 B任务的资料，看看上次做到哪了，然后铺开准备继续干（恢复新进程的现场）。
- 这套"收拾东西、拿出新东西"的动作，就是进程切换。

关键区别：调度是"动脑"，切换是"动手"。如果工头调度后决定"嗯，继续做A任务吧"，那就只有调度，没有切换。只有当决定要换任务时，才会发生切换。

上面说的"收拾东西、拿出新东西"具体是怎么回事呢？

每个任务（进程）都有一个**"档案袋"（进程控制块 PCB）**。里面装着关于这个任务的一切信息：任务ID、任务状态、做到哪一步了（CPU寄存器里的数据）、需要哪些资源等等。

进程切换的过程就是：

这样，CPU就能无缝衔接，好像从未离开过任务B一样。

代价：这个"存取档案"的过程是需要花费时间的。如果工头让打工人每分钟切换80次任务，那他可能光收拾和拿东西了，真正干活的时间就很少了。所以，过于频繁的进程切换会降低整个系统的效率。