面试题：进程管理之动态进程调度策略在多用户系统中的应用场景

Question

在多用户操作系统环境下，不同用户会提交各种任务。请阐述动态进程调度策略（如优先级调度、时间片轮转调度等）如何在这种场景中有效分配系统资源，以保证每个用户的任务都能得到合理的处理，并且举例说明两种调度策略在此场景下的优势与可能存在的问题。

Answer 1

动态进程调度策略对系统资源的有效分配

1. 优先级调度：
   • 资源分配方式：系统为每个任务分配一个优先级，优先级高的任务优先获得CPU等系统资源。当有新任务进入系统时，它会根据优先级被插入到相应的队列位置。例如，系统中有一个处理紧急数据传输的任务（优先级高）和一个普通文件备份任务（优先级低），优先级调度策略会先让紧急数据传输任务使用CPU资源，直到该任务完成或进入等待状态，才会调度低优先级任务。
   • 保证用户任务合理处理：对于一些对时间敏感或重要性高的用户任务，可以通过设置较高优先级，确保它们能及时得到处理。比如，系统管理员执行系统维护任务（优先级高），普通用户执行下载任务（优先级低），优先级调度能保证系统管理员的任务优先完成，避免影响系统整体运行。
2. 时间片轮转调度：
   • 资源分配方式：系统将CPU时间划分为固定长度的时间片，每个任务轮流在一个时间片内占用CPU。当时间片用完后，任务无论是否完成都会被暂停，CPU切换到下一个任务。例如，系统中有三个用户任务A、B、C，系统给每个任务分配100毫秒的时间片，任务A先运行100毫秒，然后任务B运行100毫秒，接着任务C运行100毫秒，如此循环，直到所有任务完成。
   • 保证用户任务合理处理：这种调度方式公平地对待每个任务，无论任务优先级高低，每个任务都有机会在一定时间内使用CPU资源。对于多个普通用户提交的任务，能保证每个用户的任务都不会长时间等待，都能逐步推进。

两种调度策略的优势与问题

1. 优先级调度：
   • 优势：
     • 及时性：对于高优先级任务，能快速响应并处理，适合实时性要求高的任务，如视频会议、实时监控等应用场景。例如在视频会议中，音频和视频数据的处理任务优先级高，通过优先级调度能保证音视频的流畅性。
     • 灵活性：可以根据任务的性质、用户需求等灵活设置优先级，满足不同用户的差异化需求。如对于付费用户的任务可以设置较高优先级，提供更好的服务体验。
   • 问题：
     • 低优先级任务饥饿：如果高优先级任务持续不断地进入系统，低优先级任务可能长时间得不到执行机会，导致饥饿现象。例如，系统中有大量紧急任务不断涌入，普通用户的文件压缩任务可能长时间等待。
     • 优先级设置困难：合理设置任务优先级是一个挑战，设置过高或过低都可能影响系统整体性能和用户体验。若设置不合理，可能导致重要任务得不到及时处理，或者资源过度倾斜到不重要的高优先级任务。
2. 时间片轮转调度：
   • 优势：
     • 公平性：每个任务都能在一定时间内获得CPU资源，保证了公平性，避免了某些任务长时间等待。适用于多个用户提交的一般性任务场景，如多个用户同时进行文字处理、网页浏览等任务。
     • 简单易实现：算法相对简单，不需要复杂的优先级评估机制，系统开销较小。
   • 问题：
     • 响应时间不稳定：对于紧急任务，可能需要等待轮到自己的时间片才能执行，导致响应时间不稳定。例如，一个紧急的系统报警任务，可能要等前面的任务执行完它们的时间片后才能得到处理。
     • 时间片大小设置困难：如果时间片设置过大，会导致任务切换频率降低，系统对紧急任务响应变慢；如果时间片设置过小，任务切换频繁，会增加系统开销，降低系统效率。