一、时间片是什么

时间片（time slice）就是「一次最多让你跑多久」。用完就换下一个，不管你跑完没跑完。

第三行那个「微秒级」是本机测不出来的——它发生在内核里，用户态程序看不到。 但它的影响是实打实的： 片长 10 毫秒、切换开销 10 微秒，开销占比 0.1%；片长缩到 100 微秒，占比就升到 10%。 所以「片不能无限小」不是保守，是算出来的。

二、响应时间怎么估

最差响应时间有个粗略上限：排在最后那个任务，要等前面所有任务各跑一片。

第三行说明一件重要的事：任务数一多，再短的片也救不了响应时间。 这时候就要靠「优先级」——交互型任务给高优先级，后台任务给低优先级。 这也是为什么现代操作系统里「实时任务」要单独一套调度策略。

三、它和「并行」不是一回事

这一点最容易被混淆：

第一行那个「只有一个在真跑」是并发最早的样子： 分时系统靠「切得快」制造出「同时在跑」的错觉。 人的感知阈值大概在 100 毫秒——切得比这更快，人就看不出断点。 所以「分时」这件事的本质不是技术，是感知：它骗过了人的时间感。 今天所有的「多任务」都还在这条路上，只是切的对象从 CPU 扩到了网络、磁盘、GPU。

四、动手 Demo：分时系统的时间片怎么切

3 个任务，每个要 300 毫秒，总工作量 900 毫秒。用三种片长（20／50／100 毫秒）各跑一遍， 统计切换次数与「最差响应」——最差响应指最后一个任务第一次拿到 CPU 的时刻。

tasks = [('T1', 300), ('T2', 300), ('T3', 300)]

for slice_ms in (20, 50, 100):
    left = {n: d for n, d in tasks}
    clock = 0
    first = {}
    switches = 0
    while any(v > 0 for v in left.values()):
        for n, _d in tasks:
            if left[n] <= 0:
                continue
            if n not in first:
                first[n] = clock       # 第一次拿到 CPU 的时刻
            use = min(slice_ms, left[n])
            left[n] -= use
            clock += use
            switches += 1
    print('片%3d  切换%3d  最差响应%4d  首次 %s'
          % (slice_ms, switches, max(first.values()),
             '/'.join(str(first[k]) for k in ('T1', 'T2', 'T3'))))

实跑输出：

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分时系统的时间片怎么切
--------------------------------------------------------------------
**分时系统把 CPU 时间切成固定长度的「片」，轮流发给每个任务。**
**片越短，响应越快；但切的次数越多，切换本身的开销占比越高。**

  时间片ms     切换次数     最差响应ms     三者首次响应
  ------------------------------------------------------
  20           45           40             0/20/40
  50           18           100            0/50/100
  100          9            200            0/100/200

**900 毫秒的总工作量不变，片越小「最差响应」越短。**

**但表里没算切换开销**——每切一次要保存现场、换栈、刷缓存，
这个开销本机测不出来（真实调度器在毫秒级以下）。书上的结论是：片不能太小，一般取 10~100 毫秒。
**本机能算的只有「切多少次」，切一次的代价这次没测。**

切换次数正好是「总工作量 ÷ 片长」：900÷20=45、900÷50=18、900÷100=9。 这三个数与表里一模一样，说明这个模型里没有浪费——每一毫秒都在干活。 而真实系统里切换要花时间，所以真实切换次数一样、但总时间会变长。 这个开销本机测不出来，因为它是内核态的事——所以这里只给「切多少次」，不给「切一次多贵」。

30 秒实验

1. 把任务数从 3 个改成 30 个（每个 30 毫秒），看最差响应怎么变——任务数比片长影响更大。
2. 给 T3 加优先级（每次轮到它连跑两片），看最差响应是变好还是变坏。
3. 把片长设成 1 毫秒，算切换次数，再假设每次切换 10 微秒，算开销占比。

常见误区

1. 以为分时就是并行。 并发 ≠ 并行：单核上同一时刻只有一个任务在真跑， 分时只是切得快，制造出同时在跑的错觉。
2. 以为时间片越小越好。 切换有开销，片小到接近切换开销时，大部分 CPU 都在做切换， 不是干活。
3. 以为分时系统解决了调度问题。 它只解决了「公平」， 优先级、饥饿、实时性都还得另外设计。

下一节扩到多台机器：一台机器分给多人还不够，人们开始想让多台机器互相说话。

• ☐ （本节完，下一节 1.2.3 计算机之间的通信）

相关笔记

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