面试题答案
一键面试算法设计
- 银行家算法：
- 银行家算法是一种经典的死锁预防算法。它通过对系统资源（这里指内存）进行模拟分配来判断当前状态是否安全。在系统中，维护每个进程对内存的最大需求（Max）、已分配内存（Allocation）和还需要的内存（Need）。每次进行内存分配前，检查如果分配后系统是否仍然处于安全状态（即存在一个进程执行序列，使得每个进程都能获得足够内存运行结束）。如果是安全状态，则进行分配；否则拒绝分配。例如，假设有三个进程P1、P2、P3，系统总内存为100M，P1已分配30M，最大需求50M；P2已分配20M，最大需求40M；P3已分配10M，最大需求30M。此时如果P1申请10M，通过银行家算法计算，若分配给P1 10M后，系统仍存在一个安全序列（如P2 -> P3 -> P1），则可以分配。
- 分页与分段算法优化：
- 分页算法：在内存管理方面，采用分页技术，将内存划分为固定大小的页框，进程的逻辑地址空间划分为页。为了提高效率，使用多级页表减少页表占用内存空间。同时，采用请求分页技术，只有当进程访问到某一页时才将其调入内存，而不是一次性将整个进程调入，从而有效节省内存。例如，一个进程有100页，但初始时可能只将前10页调入内存，随着进程执行，动态调入其他页。
- 分段算法：结合分段技术，根据进程的逻辑结构（如代码段、数据段等）进行分段。在分段基础上进行分页，可以更好地满足不同段的内存管理需求。例如，代码段可能是只读的，可以采用不同的保护机制，而数据段可能需要频繁读写。通过段页式管理，可以在保护不同段的同时，高效利用内存。
资源分配策略调整
- 优先分配给实时任务：
- 实时任务对时间要求严格，因此在内存资源分配时，优先满足实时任务的需求。当实时任务请求内存时，系统检查是否有足够的空闲内存。如果有，立即分配给实时任务。若内存不足，可考虑暂时剥夺普通用户任务的部分内存分配给实时任务。例如，对于一个视频流处理的实时任务，它需要持续稳定的内存来处理视频帧，系统应优先保障其内存需求，即使这意味着可能要减少一些普通用户后台程序（如文件索引程序）的内存分配。
- 基于需求预测的分配：
- 对于普通用户任务，可以通过对其历史行为和当前运行状态进行分析，预测其未来的内存需求。例如，一个文字处理软件在打开大型文档时，系统可以根据以往打开类似文档时该软件的内存使用情况，提前为其分配稍多一些的内存，避免频繁的内存申请和分配操作，提高内存使用效率。同时，在分配内存时，采用弹性分配策略，即先分配一个基础内存量，随着任务的执行，根据实际需求动态调整分配的内存大小。
系统调度机制
- 实时调度算法：
- 采用实时调度算法，如最早截止时间优先（EDF）算法或速率单调调度（RMS）算法。EDF算法根据任务的截止时间来安排调度顺序，截止时间越早的任务越优先执行。在内存管理方面，结合这种调度算法，为即将执行的实时任务提前准备好所需内存，确保任务在执行过程中不会因为内存不足而中断。例如，在一个工业控制系统中，一些控制任务有严格的截止时间，EDF算法可以保证这些任务及时获得CPU资源，同时系统提前为其分配好内存，保障任务顺利运行。
- 内存感知调度：
- 在系统调度时，考虑内存的使用情况。调度器不仅要关注CPU资源的分配，还要关注内存资源的占用和空闲情况。例如，当内存紧张时，调度器可以优先调度内存需求较小的任务，或者将内存占用大且暂时不活跃的任务换出到磁盘，以释放内存给更需要的任务。同时，在调度任务时，尽量将相关的任务调度到内存中相邻的区域，减少内存碎片的产生。比如，对于一组相互协作的进程，可以将它们调度到连续的内存页框中，提高内存访问效率。