操作系统：处理机调度算法与公平原则

"基于公平原则的调度算法在操作系统中的应用和理解" 操作系统中的处理机调度是其核心功能之一，它负责管理CPU的时间分配，确保系统的高效运行和各个进程的公平访问。在考研操作系统科目中，理解和掌握不同层次的调度算法至关重要。基于公平原则的调度算法主要分为两种：保证调度算法和公平分享调度算法。 保证调度算法旨在为每个任务提供明确的性能保障，确保在一定时间内获得一定的处理机时间。这种算法通常应用于需要满足服务等级协议（SLA）的场景，如实时系统或网络服务质量（QoS）管理。保证调度算法的设计目的是避免优先级反转和饥饿现象，确保高优先级任务不会因低优先级任务长时间占用CPU而受到影响。 公平分享调度算法则更注重资源的平等分配。在该算法中，系统会尽可能地平均分配处理机时间给所有进程，使得每个进程都能得到相同的机会执行。例如，时间片轮转调度算法就是一种公平分享调度的实例，每个进程在分配到的时间片内执行，时间片结束后，CPU会切换到下一个进程。这种算法在多用户环境中非常常见，可以提高用户满意度，因为每个用户都觉得自己的任务得到了公平对待。 处理机调度分为高级调度和低级调度。高级调度，也称作业调度，关注的是如何从大量的后备作业中选择合适的作业调入内存，进行执行。它主要考虑作业的资源需求、等待时间等因素，依据一定的策略（如先来先服务、短作业优先等）进行决策。作业调度的目的是优化系统的整体性能和资源利用率。 低级调度，即进程调度，负责在就绪队列中选择一个进程并将其分配给CPU执行。它的频率远高于高级调度，通常采用抢占式或非抢占式策略。抢占式调度允许当前运行的进程在满足特定条件时被中断，让位于优先级更高或等待时间更长的进程；而非抢占式调度则是一旦进程开始执行，就会一直运行到自愿放弃CPU或执行完毕。 了解这些调度算法的原理和特点对于分析调度效率、计算周转时间和响应时间至关重要。例如，短作业优先调度算法能减少平均周转时间，但可能导致长作业的饥饿问题；而最短剩余时间优先调度算法在避免饥饿的同时，可能会增加进程切换的开销。 在实时调度中，系统需要保证在规定的时间内完成特定任务，因此调度算法必须严格满足截止期限。预防死锁的方法则包括银行家算法，通过资源预分配避免资源环路，以防止死锁的发生。如果死锁已经发生，检测与解除策略如资源剥夺和进程回滚则可以帮助系统恢复。 总结来说，基于公平原则的调度算法在操作系统中扮演着关键角色，它们既要保证系统整体效率，又要确保单个进程的公平性。深入理解这些算法及其应用场景，对于操作系统的学习和考试至关重要。