中断、时钟与轮转调度（Round-Robin）

本节目标

• 理解中断如何"打断" CPU 当前工作
• 手写时钟中断驱动的 Round-Robin 调度器
• 体会"多任务"是如何被"伪并行"出来的

中断（Interrupt）：硬件/时钟发信号给 CPU，CPU 暂停当前任务、跳去处理中断，处理完再回来。时钟中断是"多任务"的节拍器。

// 运行环境：Node.js 14+
// 保存为 aj-l12.js，执行：node aj-l12.js
class Scheduler {
  constructor(quantum = 2) {
    this.queue = []     // 就绪队列
    this.tick = 0
    this.quantum = quantum // 每个任务运行几个时钟周期
  }
  add(task) { this.queue.push({ name: task, used: 0 }) }
  // 时钟中断：每次 tick 推进，到时间片则抢占
  onClock() {
    if (!this.queue.length) return
    const cur = this.queue[0]
    cur.used++
    console.log(`tick ${this.tick}: 运行 ${cur.name} (${cur.used}/${this.quantum})`)
    this.tick++
    if (cur.used >= this.quantum) {
      cur.used = 0
      this.queue.shift()              // 出队
      this.queue.push(cur)            // 排到队尾（轮转）
      console.log(`  → 时间片到，${cur.name} 让出 CPU`)
    }
  }
}

// 调用示例：3 个任务轮流跑
const s = new Scheduler(2)
s.add('A'); s.add('B'); s.add('C')
for (let i = 0; i < 12; i++) s.onClock()

轮转（RR）：每个任务跑一个固定时间片，时间到就排到队尾，下一个上。宏觉上"所有程序同时跑"，实则是时钟中断在快速切换——单核 CPU 的"伪并行"。

名词解释

• 中断（Interrupt）：外部/内部事件打断 CPU 当前执行流、强制跳转去处理程序的机制。时钟中断是操作系统的心跳。
• 时间片（Time Quantum）：调度器分给每个任务连续运行的时长；用完即被抢占，保证公平。
• 轮转调度（Round-Robin）：就绪任务排成环，依次给时间片运行，到时让出排到队尾。简单公平，适合分时系统。

课后练习

1. 如果没有时钟中断，单核能"同时"跑多个程序吗？
   • 答案：不能。没有时钟强制切换，一个程序不主动让出 CPU 就会一直占着，其他程序饿死；时钟中断是抢占式多任务的基石。
2. RR 调度时间片设太长或太短分别有什么问题？
   • 答案：太长→响应慢、像批处理；太短→切换开销占比高、吞吐量下降。需按任务特性权衡。

总结

手写 RR 调度器，是把"多任务"从玄学变成可计算模型的一课。你会恍然大悟：所谓"电脑同时跑几十个程序"，在单核上根本不是真并行，而是时钟中断这个"节拍器"在毫秒级快速切换，让每个程序都觉得自己独占 CPU。中断是这一切的总开关——没有它，一个死循环就能卡死全机。我特别想强调"时间片"这个权衡艺术：太长响应迟钝，太短切换耗尽算力。真实操作系统（Linux CFS、Windows）的调度比 RR 复杂得多，但"公平分配 CPU 时间 + 可抢占"的核心思想一脉相承。理解调度，你看任务管理器里每个进程"占用 CPU 百分比"、看 nice 值调优先级，就都知道背后是同一套"谁该上、上多久"的决策。这是从"会用电脑"到"懂电脑"的分水岭。