第4章 处理机调度与死锁

CPU调度的基本准则有哪些？

• CPU 利用率：尽量保持 CPU 忙碌
• 吞吐量：单位时间完成进程数
• 周转时间：进程从提交到完成时间
• 等待时间：进程在就绪队列等待时间
• 响应时间：从提交到首次响应时间

常用调度算法有哪些？

• 先来先服务（FCFS）：简单公平，但可能造成短作业等待
• 短作业优先（SJF/SPF）：平均等待时间最短，但难准确预测
• 时间片轮转（RR）：适合分时系统，响应性好
• 优先级调度：重要进程优先，可设置动态优先级
• 多级反馈队列：综合多种算法优点

什么是死锁？

死锁是指多个进程在运行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。

死锁产生的四个必要条件

• 互斥条件：资源一次只能被一个进程使用
• 占有和等待条件：已获得资源的进程可以再次申请新资源
• 非抢占条件：进程已获得的资源在未使用完之前不能被抢占
• 循环等待条件：若干进程之间形成头尾相接的循环等待资源关系

死锁的预防措施

• 破坏互斥条件：资源共享化
• 破坏占有和等待：进程启动前申请所需所有资源
• 破坏非抢占条件：允许系统抢占资源
• 破坏循环等待：按序分配资源

死锁的处理策略

• 死锁预防：破坏产生条件
• 死锁避免：动态检查避免进入不安全状态（如银行家算法）
• 死锁检测与恢复：定时检测，发现后处理
• 鸵鸟策略：忽略死锁问题

什么是自旋锁？什么时候使用？

• 拿不到锁时 循环等待，不挂起线程
• 适合锁持有时间 非常短 的场景
• 不适合长等待，会浪费 CPU

锁机制相关概念

什么是死锁？四个必要条件是什么？

• 死锁：线程互相等待资源，无法继续执行
• 互斥
• 占有并等待
• 不可剥夺
• 循环等待

如何避免死锁？

• 统一加锁顺序（最常用）
• tryLock + 超时
• 减少锁粒度
• 资源预分配
• 破坏循环等待条件

什么是死锁？如何避免？

• 线程互相等待对方持有的资源，无法继续
• 避免方式：
  • 统一锁顺序
  • tryLock + 超时
  • 减少锁粒度
  • 使用无锁结构（CAS）

上下文切换

什么是上下文切换？

• CPU 保存当前任务状态、恢复另一个任务状态
• 包括寄存器、PC、堆栈等内容
• 切换过多会降低系统吞吐性能

什么是上下文切换？为什么会慢？

• CPU 保存/恢复不同任务的执行状态
• 开销来自：
  • 保存寄存器、程序计数器
  • 切换页表、内存映射
  • CPU cache 失效