面试题答案
一键面试资源竞争对进程状态转换的影响
- CPU资源竞争：
- 当多个进程竞争CPU资源时，就绪队列中等待CPU的进程数量增加。处于就绪状态的进程，由于CPU资源有限，只有部分进程能获得CPU进入运行状态。当运行的进程时间片用完或者被更高优先级的进程抢占CPU时，它会重新回到就绪状态，而其他就绪进程有机会获得CPU运行。
- 例如，在一个有10个进程竞争CPU的场景中，每个进程分配到的CPU时间片有限，进程A运行完自己的时间片后回到就绪队列，进程B则从就绪队列被调度运行。
- I/O设备资源竞争：
- 当进程需要使用I/O设备资源（如磁盘、打印机等）时，如果该设备正被其他进程占用，进程会从运行状态转换为阻塞状态，等待I/O设备资源释放。当I/O设备资源可用时，处于阻塞状态等待该设备的进程会被唤醒，进入就绪状态，等待CPU调度运行。
- 比如，进程C需要从磁盘读取数据，但此时磁盘正被进程D占用，进程C就会进入阻塞状态，直到磁盘资源释放，进程C被唤醒进入就绪状态。
可能导致的系统问题
- 进程饥饿：在资源竞争环境下，如果调度算法不合理，某些低优先级进程可能长时间得不到CPU资源，一直处于就绪状态，无法运行，导致进程饥饿。例如，采用静态优先级调度算法，且高优先级进程不断产生，低优先级进程就可能一直得不到运行机会。
- 死锁：多个进程在竞争资源时，如果对资源的占有和请求顺序不当，可能会导致死锁。例如，进程P1占有资源R1并请求资源R2，进程P2占有资源R2并请求资源R1，两个进程相互等待对方释放资源，就会陷入死锁状态，导致系统部分功能无法正常运行。
- 系统性能下降：频繁的进程状态转换会增加系统开销，如进程上下文切换需要保存和恢复进程的状态信息。过多的资源竞争导致大量进程在就绪队列等待，频繁的上下文切换会消耗CPU时间，降低系统整体性能。同时，I/O设备竞争可能导致I/O操作等待时间过长，影响数据的读写效率，进而影响整个系统的性能。
相应的解决方案
- 调度算法优化：
- 采用动态优先级调度算法，如多级反馈队列调度算法。该算法将进程按优先级分成多个队列，新进程进入最高优先级队列。在每个队列中采用时间片轮转调度，当一个时间片用完后，如果进程还未完成，它会被移到下一个优先级队列。这样可以保证低优先级进程在等待一段时间后也能获得CPU资源，避免进程饥饿。
- 对于实时系统，可以采用最早截止时间优先（EDF）调度算法，根据进程任务的截止时间来分配CPU资源，确保具有紧迫截止时间的任务能及时得到处理。
- 死锁预防与避免：
- 死锁预防：破坏死锁产生的四个必要条件（互斥、占有并等待、不可剥夺、循环等待）。例如，采用资源分配图算法来避免循环等待条件。在系统中，资源分配情况可以用资源分配图表示，当有进程请求资源时，通过算法检测是否会形成环路，如果会形成环路则拒绝分配，从而预防死锁。
- 死锁避免：使用银行家算法。该算法在进程申请资源时，先检查系统是否处于安全状态，如果分配资源后系统仍处于安全状态（即存在一种资源分配顺序，能使所有进程都运行完毕），则分配资源；否则拒绝分配。
- 资源管理优化：
- 对于I/O设备资源，可以采用缓冲技术。例如，在内存中设置缓冲区，当进程请求I/O操作时，先将数据写入缓冲区，然后由系统统一安排将缓冲区数据写入I/O设备，这样可以减少I/O设备的竞争，提高I/O操作效率。同时，对于CPU资源，可以根据进程的资源需求和优先级，合理分配CPU时间片，减少不必要的上下文切换，提高系统整体性能。