操作系统 - 饥饿和老化
在操作系统中，starvation（饥饿）和 aging（老化）是与进程调度和资源分配相关的两个重要概念。Starvation 是一种进程被拒绝访问执行所需资源的情况，而 aging 是一种用于防止 starvation 的技术。本章中，我们将详细讨论这两个概念。
操作系统中的 Starvation
Starvation 是一种进程无法获得执行所需资源访问权的情况。这通常发生在 CPU 调度算法优先选择其他更高优先级的进程而忽略低优先级进程时。因此，一些进程可能需要无限期等待，而其他进程正在执行。Starvation 也被称为 indefinite blocking（无限期阻塞）。
Starvation 示例
考虑一个使用 priority scheduling（优先级调度）进行 CPU 分配的系统。在此系统中，优先级更高的进程优先执行。例如，假设有三个进程 P1、P2 和 P3，它们的优先级分别为 3、2 和 1（数字越大优先级越高）。以下是事件序列：
Process Priority P1 3 (high priority) P2 2 P3 1 Process arrives in the order: P1, P2, P3, P2, P1, P2, P2, P1, P3, P1, P2, ... CPU allocation based on priority: P1 -> P2 -> P2 -> P1 -> P2 -> P2 -> P2 -> P1 -> P1 -> P2 -> ... Result: P3 never gets executed
在这个示例中，P3 发生了 starvation，因为它具有最低优先级。只要队列中存在更高优先级的进程（P1 和 P2），P3 就永远没有执行机会。
Starvation 的原因
操作系统中 starvation 的主要原因包括：
- Priority Scheduling − 在优先级调度算法中，优先级更高的进程优先执行。如果队列中始终存在更高优先级的进程，低优先级进程可能永远无法执行。
- Resource Allocation − 如果资源分配方式导致某些进程始终被拒绝访问所需资源，这些进程可能会发生 starvation。
- Deadlock − 在某些情况下，死锁可能导致多个进程发生 starvation。
操作系统中的 Aging
Aging 是一种用于防止操作系统中 starvation 的技术。Aging 的思想是逐渐提高在队列中等待时间较长的进程的优先级。这样，即使是低优先级进程最终也能获得执行机会。
Aging 示例
继续上面的示例，我们对进程应用 aging。假设进程在队列中每等待一个时间单位，其优先级就增加 1。经过一段时间后，进程的更新优先级将为：
Process arrives in the order:
P1, P2, P3, P2, P1, P2, P2, P1, P3, P1, P2, ...
CPU allocation based on priority with aging:
Allocation Priority Now
-> Allocate P1 (priority 3) {P1: 3, P2: 2, P3: 1}
-> Allocate P2 (priority 2) {P1: 3, P2: 3, P3: 2}
-> Allocate P3 (priority 3) {P1: 3, P2: 3, P3: 3}
Result: No starvation, all processes get executed
在这个示例中，应用 aging 后，P3 的优先级最终增加到与 P1 和 P2 相同。因此，P3 获得了执行机会。
结论
Starvation 是一种由于资源分配策略导致进程无限期等待的情况。为了防止 starvation，操作系统使用 aging 技术，即逐渐提高等待进程的优先级。这意味着等待时间较长的进程将随着时间推移获得更高优先级，从而确保所有进程最终都能获得执行机会。