赶紧收藏！2024 年最常见的操作系统面试题（七）

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十三、解释操作系统中的调度算法，例如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）等。

操作系统中的调度算法是用于决定哪个进程应该获得CPU资源的策略。调度算法的选择对系统性能有显著影响，包括进程的响应时间、吞吐量、CPU利用率等。以下是一些常见的调度算法：

先来先服务（FCFS，First-Come, First-Served）

1. 概念：FCFS是一种最简单的调度算法，它按照进程到达就绪队列的顺序进行调度。
2. 特点：FCFS是非抢占式的，一旦一个进程开始执行，它就会一直运行直到完成或阻塞。
3. 优点：实现简单，公平性较好，先到达的进程先得到服务。
4. 缺点：可能会导致较长的作业等待时间，平均等待时间较长，不利于短作业。

短作业优先（SJF，Shortest Job First）

1. 概念：SJF是一种非抢占式调度算法，它选择预计执行时间最短的进程来执行。
2. 特点：SJF可以减少进程的平均等待时间，提高系统的吞吐量。
3. 优点：对短作业有利，可以快速响应用户请求。
4. 缺点：可能导致“饥饿”现象，长作业可能长时间得不到调度；存在不确定性，因为作业长度可能难以准确预测。

优先级调度（Priority Scheduling）

1. 概念：每个进程被赋予一个优先级，调度器根据优先级来选择进程执行。
2. 特点：可以是抢占式或非抢占式的，抢占式优先级调度允许高优先级进程中断低优先级进程。
3. 优点：可以用于实现实时系统，确保高优先级任务快速响应。
4. 缺点：可能导致低优先级进程长时间得不到服务，出现饥饿现象。

时间片轮转（RR，Round Robin）

1. 概念：每个进程被分配一个固定的时间片，称为量子（quantum），进程轮流执行其时间片。
2. 特点：RR是一种抢占式调度算法，当一个进程的时间片用完，CPU被下一个就绪进程接管。
3. 优点：公平性好，响应时间可预测，适合时间共享系统。
4. 缺点：时间片的选择对系统性能有影响，太小可能导致过多的上下文切换，太大则接近FCFS。

多级队列（MLQ，Multi-Level Queue）

1. 概念：系统维护多个就绪队列，每个队列有自己的调度算法。
2. 特点：可以将不同类型的进程分开调度，例如，系统进程、用户进程等。
3. 优点：可以针对不同类型的负载优化性能。
4. 缺点：实现复杂，需要合理配置队列和调度策略。

最短剩余时间优先（SRTF，Shortest Remaining Time First）

1. 概念：SRTF是SJF的抢占式版本，它选择剩余执行时间最短的进程来执行。
2. 特点：当一个新的进程到达时，如果它的预计剩余时间比当前进程短，当前进程会被抢占。
3. 优点：可以提供更好的响应时间，适合交互式系统。
4. 缺点：实现复杂，需要跟踪每个进程的剩余时间。

多级反馈队列（MFQ，Multi-Level Feedback Queue）

1. 概念：结合了MLQ和RR的特点，进程可以在多个优先级队列之间移动。
2. 特点：新创建的进程从最高优先级队列开始，如果它没有在一定时间内完成，则被降级到下一个队列。
3. 优点：结合了优先级调度和时间片轮转的优点，适合多种类型的负载。
4. 缺点：实现复杂，需要合理配置队列和降级策略。

调度算法的选择取决于系统的需求和目标。例如，实时系统可能更倾向于使用优先级调度或SRTF，而多任务系统可能使用时间片轮转或多级反馈队列以提供更好的响应时间和公平性。每种算法都有其适用场景和潜在的权衡，操作系统设计者需要根据具体需求选择最合适的调度策略。

十四、什么是系统调用？为什么系统调用对于操作系统很重要？

系统调用（System Call）是用户空间程序与操作系统内核之间的接口，它允许程序请求操作系统提供的服务。系统调用是操作系统架构中的核心组成部分，对于操作系统的运行至关重要。

什么是系统调用？

1. 定义：系统调用是程序向操作系统内核发出的请求，用于执行特定的功能，如文件操作、进程控制、通信和同步等。
2. 执行过程：当用户程序需要操作系统提供的服务时，它会通过系统调用向内核发出请求。系统调用会触发从用户模式到内核模式的上下文切换，内核执行请求的操作，然后将结果返回给用户程序。
3. 分类：系统调用通常分为不同的类别，包括但不限于：
   • 文件操作（如打开、读取、写入、关闭文件）
   • 进程控制（如创建、终止、等待进程）
   • 通信（如管道、套接字通信）
   • 同步（如信号量、互斥锁）
   • 内存管理（如动态内存分配）
   • 网络操作（如网络连接、数据传输）

为什么系统调用对于操作系统很重要？

1. 抽象硬件资源：系统调用提供了一种抽象的方式来访问和控制硬件资源，隐藏了硬件的复杂性，使得应用程序开发者可以专注于实现功能，而无需关心底层硬件的细节。

2. 安全性：通过系统调用，操作系统可以控制对硬件资源的访问，防止用户程序直接操作硬件，从而保护系统免受潜在的错误或恶意行为的影响。

3. 资源管理：系统调用使得操作系统能够有效地管理和调度资源，如CPU时间、内存空间、I/O设备等，确保系统资源的合理分配和使用。

4. 扩展性：系统调用为操作系统提供了扩展性，操作系统可以通过添加新的系统调用来支持新的功能和服务，而无需修改现有的用户程序。

5. 兼容性：系统调用定义了一套标准接口，使得不同的应用程序能够在不同的操作系统上运行，提高了软件的兼容性和可移植性。

6. 错误处理：系统调用允许操作系统处理错误情况，如资源不足、权限不足等，并向用户程序返回错误信息，使得用户程序能够根据错误信息进行相应的处理。

7. 性能优化：操作系统可以通过优化系统调用的实现来提高系统性能，如减少上下文切换、优化资源分配策略等。

8. 支持高级特性：系统调用支持实现高级特性，如多任务处理、实时处理、虚拟内存管理等，这些特性对于现代操作系统至关重要。

总之，系统调用是用户程序与操作系统内核之间的桥梁，它们对于操作系统的安全性、稳定性、性能和功能至关重要。通过系统调用，操作系统提供了一种安全、高效、可扩展的方式来管理和使用计算机资源。