面试题：进程管理之动态进程调度策略在混合负载系统中的优化应用

Question

混合负载系统包含了计算密集型、I/O密集型等多种不同类型的任务。假设你负责设计一个适用于此类混合负载系统的动态进程调度策略，描述你将如何综合考虑不同任务类型的特点，结合现有的调度算法（如多级反馈队列调度）进行优化，以达到系统整体性能的最优。请详细阐述设计思路、实现步骤以及如何评估该调度策略的有效性。

Answer 1

设计思路

1. 任务分类识别：首先建立机制来识别不同类型的任务，例如通过监测任务运行时CPU和I/O的使用频率等指标，将任务明确区分为计算密集型、I/O密集型等。
2. 结合多级反馈队列：以多级反馈队列调度算法为基础，对不同队列赋予不同优先级，I/O密集型任务队列优先级相对较高，因为它们通常等待I/O操作完成，快速响应能减少整体等待时间；计算密集型任务队列优先级相对较低。
3. 动态调整：根据系统当前资源使用情况（如CPU利用率、I/O等待队列长度等），动态调整各队列优先级和任务在队列间的迁移规则。例如，当CPU利用率过高时，适当降低计算密集型任务队列优先级，并将部分任务迁移到更低优先级队列；当I/O等待队列过长时，提高I/O密集型任务队列优先级。

实现步骤

1. 任务分类模块：编写代码监测任务的CPU和I/O使用情况，依据设定阈值将新进入系统的任务分配到对应的初始队列。例如，若任务在一段时间内CPU使用率超过80%，判定为计算密集型，反之I/O操作频繁则判定为I/O密集型。
2. 多级反馈队列实现：创建多个队列，为每个队列设置不同的时间片和优先级。优先级高的队列时间片短，以便快速响应I/O密集型任务；优先级低的队列时间片长，减少计算密集型任务上下文切换开销。
3. 动态调整模块：定期（如每隔一定时间间隔）检查系统资源使用指标，根据预设规则调整队列优先级和任务迁移。例如，编写函数根据CPU利用率调整计算密集型任务队列优先级，并实现任务从高优先级队列向低优先级队列的迁移逻辑。

评估调度策略有效性

1. 系统指标评估：
   • CPU利用率：理想情况下，在满足各类任务响应的同时，CPU利用率应维持在合理水平，既不过高导致任务等待，也不过低造成资源浪费。通过监控工具定期记录CPU使用率，对比优化前后数据。
   • I/O响应时间：对于I/O密集型任务，I/O响应时间是关键指标。记录任务发起I/O请求到完成的时间，优化后应显著缩短。
   • 任务平均周转时间：计算所有任务从进入系统到完成的平均时间，优化后的调度策略应使该值降低，反映系统整体处理任务效率提升。
2. 模拟测试评估：使用模拟工具生成不同比例的计算密集型和I/O密集型混合任务，在相同硬件环境下，对比优化前后调度策略的任务执行情况，观察系统资源利用和任务完成时间等指标变化，以验证调度策略的有效性。