本文來自微信公眾號：編程技術(shù)宇宙 （ID：xuanyuancoding），作者：軒轅之風(fēng) O
計算機
很久很久以前，有一臺機器，體型巨大，每秒鐘可以進行幾千次的加法運算，名震一時，人類給它取了個名字：計算機。
除了加法，它還能計算平方、立方、正弦、余弦，比人類的大腦算得快多了。
許多程序慕名而來，想在它上面運行一下，體會這飛一般的感覺。
“來來來，排好隊，一個一個來”，計算機的管理員說到。
眾程序挨個排好隊，等待管理員傳喚。
執(zhí)行完一個，管理員再將其取出，換上下一個開始執(zhí)行。
久而久之，程序們紛紛抱怨：排隊十分鐘，執(zhí)行三秒鐘。人類管理員太慢了，時間都用在排隊上了，能不能讓計算機自動完成程序切換，不要手動切換？
人工操作的速度比起計算機實在是慢太多了，人機矛盾日益凸顯，人類決定對機器重新進行設(shè)計，并且開發(fā)了一個控制程序，在它的指揮下，可以批量執(zhí)行程序，自動實現(xiàn)切換，不用再需要人工介入了，效率提高了不少。
多道程序處理
慕名而來的程序越來越多了，等待執(zhí)行的隊伍排的越來越長。
有些程序等的不耐煩了，詢問控制程序：“大哥，你看前面那家伙在做輸入輸出，CPU 給空出來了，一時半會兒用不上，這不是浪費嗎，要不叫下一個上去執(zhí)行吧”
控制程序皺著眉頭說到：“那怎么行，前面程序執(zhí)行的數(shù)據(jù)都在內(nèi)存里放著了，再放程序進去，要是弄壞了誰負責(zé)？再說 CPU 只有一個，前面的程序忙完輸入輸出回來了又該如何處理？”
大家一時語塞，誰也給不出主意，紛紛嘆氣，只好作罷，繼續(xù)等待。
不過聰明的人類倒是發(fā)現(xiàn)了這問題：讓一個程序獨占計算機確實浪費資源，執(zhí)行輸入輸出的時候，CPU 就空著了，執(zhí)行計算操作的時候，輸入輸出設(shè)備又閑著了，總有一個閑著。
于是人類又重新設(shè)計了計算機，并開發(fā)了新版的控制程序，這一次，允許多個程序同時進入計算機執(zhí)行了。
如果程序 A 執(zhí)行輸入輸出，就把 CPU 空出來讓給另一個程序 B 執(zhí)行，一會兒 B 再執(zhí)行輸入輸出，再把 CPU 分給 A 執(zhí)行，彼此交替，這樣一來就不會浪費了！
時間分片
不過沒多久，又出現(xiàn)了新的問題。
這一天，其他程序都在排隊等待控制程序翻牌子，可左等右等也不見傳喚，眾程序急了，質(zhì)問控制程序，控制程序大倒苦水：“前面那個家伙寫了個死循環(huán)，死活結(jié)束不了啊！”
聽他這么一說，眾程序都怒了。
“怎么能這樣，這也太自私了”
“你這控制程序也不管管，要你有何用？”
“趕緊想辦法啊！”
“我也沒辦法，他不執(zhí)行輸入輸出，我也拿不到 CPU 的控制權(quán)，拿他沒有辦法啊”，控制程序嘆氣說到。
眾程序七嘴八舌，吵的是不可開交。
敏感的人類又一次發(fā)現(xiàn)了這個問題，好一通研究，搞了一個叫“中斷”的技術(shù)出來：可以給 CPU 發(fā)送中斷信號，CPU 收到信號后，就得停下手頭的工作，轉(zhuǎn)而執(zhí)行控制程序處理中斷信號，這樣控制程序就有辦法獲得控制權(quán)了！
為了能夠讓控制程序及時獲得控制權(quán)，人類搞了一個中斷源，周期性的給 CPU 發(fā)送中斷信號，并把這叫做時鐘中斷。
升級后的控制程序又上崗開始工作了，眾程序聞風(fēng)而來。
“大哥，聽說你又升級了，這一次改了啥，可以搞定死循環(huán)的程序嗎？”，一個程序問道。
“大家排好隊，聽好了，現(xiàn)在按照時間片來劃分了，每個程序一次只有一小段時間，時間一用完我就得請他出來，讓別的程序來了”
“那要是時間到了，我還沒執(zhí)行完可咋辦呢？”
“大家不用擔(dān)心，都是輪著來的，等下一輪又有機會執(zhí)行了”，控制程序解釋道。
“我們這么多程序，輪到下一輪，那不得等好久”
“這臺計算機從里到外都升級過了，別看它個頭變小了，里面都是大規(guī)模集成電路了，執(zhí)行速度可比之前的大塊頭快了不少，每秒能執(zhí)行幾十萬次運算呢～你們還沒感覺到就轉(zhuǎn)了一圈回來了”
眾程序聽后一片嘩然，“幾十萬，我的乖乖！這也太快了，快讓我們體驗一下”
說完，大家都摩拳擦掌排好隊，準備登上這臺升級后的計算機運行。
果不其然，這升級后的計算機跑起來那叫一個快，有了時鐘中斷，控制程序總能按時獲得 CPU 的控制權(quán)，在背后默默控制著程序們的運行，眾程序絲毫感覺不到自己曾經(jīng)停止過。
狀態(tài)
不過，計算機速度雖然變快了，但慕名而來的程序也更多了，這些程序的功能也越來越復(fù)雜。
漸漸的，程序們不再滿足于現(xiàn)狀，開始出現(xiàn)了新的問題。
有些程序在 sleep，有些程序在同步等待，白白浪費了時間片，大伙向控制程序提出了抗議，控制程序卻說對待所有程序要一視同仁，要講公平，大伙當(dāng)面不敢說，背后卻罵他不作為。
控制程序把這個問題反饋給了人類，聰明的工程師又開始琢磨：所有程序都排成一個隊來輪轉(zhuǎn)確實有些欠妥，得給這些程序劃分成不同的狀態(tài)，只有準備就緒的程序才有資格執(zhí)行。
人類一口氣搞了好些個任務(wù)狀態(tài)出來，創(chuàng)建、就緒、運行、阻塞、終止???
控制程序一下變得復(fù)雜起來，原來只要挨個傳喚執(zhí)行就行，現(xiàn)在還得記錄他們的狀態(tài)，選擇合適狀態(tài)的程序來運行，工作量增加了不少。
優(yōu)先級
本以為這么一改，大家就會滿意了，沒想到有幾個老油條私下找到控制程序：“老哥，咱們幾個程序?qū)崟r性要求比較高，能不能給咱們整個 VIP 隊列，別跟他們一起排，優(yōu)先執(zhí)行我們？”
控制程序一聽臉都綠了，斷然拒絕。
其中有一個家伙說到：“我們幾個程序可是非常重要的，要是延誤了時間，你能擔(dān)待的起嗎？”
沒辦法，控制程序只能再次反饋給人類。工程師一想，倒也是，所有程序都是同樣的優(yōu)先級，確實太草率了。
工程師再一次升級了控制程序，這一次，不僅劃分了任務(wù)狀態(tài)，還設(shè)定了不同的優(yōu)先級，劃分了不同的隊伍，讓程序們?nèi)ジ髯詢?yōu)先級所在的隊伍排隊，優(yōu)先執(zhí)行高優(yōu)先級的程序。
不僅如此，如果有高優(yōu)先級的程序出現(xiàn)，即使低優(yōu)先級程序的時間片還沒用完，也會被剝奪執(zhí)行機會，工程師把這叫做搶占。
不過，這一次的改動，控制程序把大家伙都蒙在了鼓里，要是知道他們還被劃分了三六九等，估計得鬧翻天。
經(jīng)過這一輪改動，大家總算過了一段清靜日子。
多核時代
硬件技術(shù)發(fā)展的太快了，有一天，人類激動的告訴控制程序：現(xiàn)在 CPU 里面有多個核心了，可以真正同時執(zhí)行多個程序了，我們決定再次對你升級！
可對于控制程序來說，這可不是什么好消息，本來一個核的程序調(diào)度管理已經(jīng)讓他夠忙活的了，現(xiàn)在來了多個核，這調(diào)度管理任務(wù)就更復(fù)雜了。原來只是多個優(yōu)先級的隊列，現(xiàn)在每個核都得搞一套，真是想想都頭大了。
人類開始對控制程序大動手術(shù)，把它變得越來越復(fù)雜，功能也越來越強大。
最后，還給他取了一個新的名字：操作系統(tǒng)。
PS：故事歸故事，操作系統(tǒng)這個名字可不是多核以后才出現(xiàn)的哦。
另外，現(xiàn)代操作系統(tǒng)更加復(fù)雜，狀態(tài)、搶占、優(yōu)先級、動態(tài)優(yōu)先級、動態(tài)時間片、親和性各種因素交織在一起，綜合調(diào)度，還有多種調(diào)度算法并存。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。