1.1.2　多进程／多线程时代的调度器需求

多进程／多线程的操作系统解决了阻塞的问题，一个进程阻塞CPU可以立刻切换到其他进程中去执行，而且调度CPU的算法可以保证在运行的进程都可以被分配到CPU的运行时间片。从宏观来看，似乎多个进程是在同时被运行，如图1.2所示。

图1.2　多线程／多进程执行顺序

图1.2为一个CPU通过调度器切换CPU时间轴的情景。如果未来满足宏观上每个进程／线程是一起执行的，则CPU必须切换，每个进程会被分配到一个时间片中。

提示　时间片（Timeslice）又称为“量子（Quantum）”或“处理器片（Processor Slice）”，是分时操作系统分配给每个正在运行的进程微观上的一段CPU时间（在抢占内核中是从进程开始运行直到被抢占的时间）。现代操作系统（如：Windows、Linux、Mac OS X等）允许同时运行多个进程——例如，可以在打开音乐播放器听音乐的同时用浏览器浏览网页并下载文件。事实上，虽然一台计算机通常可能有多个CPU，但是同一个CPU永远不可能真正地同时运行多个任务。在只考虑一个CPU的情况下，这些进程“看起来像”同时运行的，实则是轮番穿插地运行，由于时间片通常很短（在Linux上为5~800ms），用户不会感觉到。

时间片由操作系统内核的调度程序分配给每个进程。首先，内核会给每个进程分配相等的初始时间片，然后每个进程轮番地执行相应的时间，当所有进程都处于时间片耗尽的状态时，内核会重新为每个进程计算并分配时间片，如此往复(1)。

但新的问题又出现了，进程拥有太多的资源，进程的创建、切换、销毁都会占用很长的时间，CPU虽然利用起来了，但如果进程过多，CPU会有很大的一部分被用来进行进程切换调度，如图1.3所示。

图1.3　CPU调度切换的成本

对于Linux操作系统来言，CPU对进程和线程的态度是一样的，如图1.3所示，如果系统的CPU数量过少，而进程／线程数量比较庞大，则相互切换的频率也就会很高，其中中间的切换成本越来越大。这一部分的性能消耗实际上是没有做在对程序有用的计算算力上，所以尽管线程看起来很美好，但实际上多线程开发设计会变得更加复杂，开发者要考虑很多同步竞争的问题，如锁、资源竞争、同步冲突等。