面试题：并发与同步：分析不同活锁避免策略对系统性能的影响

Question

在操作系统的并发操作中，存在多种活锁避免策略。请列举至少两种不同的活锁避免策略，并深入分析它们在不同系统负载、资源分配场景下，对系统整体性能（如响应时间、吞吐量等）会产生怎样的影响，以及各自的适用场景。

Answer 1

策略一：公平调度算法

1. 原理：公平调度算法旨在确保每个进程或任务在一段时间内获得相等的资源份额。例如，时间片轮转调度算法，每个进程被分配一个固定的时间片，当时间片用完后，进程被挂起，调度器切换到下一个就绪进程。
2. 不同负载下对性能的影响：
   • 低系统负载：响应时间短，因为每个进程能很快获得时间片执行。吞吐量相对较高，进程能高效完成任务。
   • 高系统负载：响应时间可能增加，因为进程数量多，每个进程获得的时间片间隔变长。但吞吐量能保持相对稳定，因为系统在公平分配资源，所有进程都有机会执行。
3. 适用场景：适用于对公平性要求较高的场景，如交互式系统，每个用户进程都希望能及时得到响应，避免某个进程长时间占用资源。

策略二：资源分配图算法（如银行家算法）

1. 原理：银行家算法通过检测系统状态是否处于安全状态来避免死锁和活锁。它根据进程对资源的需求和系统当前可用资源情况，判断是否可以为进程分配资源，以保证系统始终处于安全状态，即存在一种进程执行序列，使所有进程都能在有限时间内完成。
2. 不同负载下对性能的影响：
   • 低系统负载：响应时间较短，因为资源充足，算法能快速判断并分配资源。吞吐量较高，进程能顺利获取资源执行。
   • 高系统负载：响应时间可能增长，因为算法需要更复杂的计算来判断系统状态。吞吐量可能降低，由于资源紧张，部分进程可能长时间无法获得足够资源执行。
3. 适用场景：适用于对资源分配准确性和安全性要求高的系统，如数据库管理系统，需要确保事务执行过程中资源分配不会导致死锁或活锁，保障数据的一致性和系统的稳定性。