深入理解进程调度（用Python实现常见调度算法）

什么是进程调度？

简单来说，当多个程序（或进程）同时运行时，操作系统需要决定谁先使用CPU、谁后使用。这种决策过程就叫进程调度。调度的目标通常是提高系统效率、公平性和响应速度。

为什么用Python学习调度算法？

Python语法简洁、可读性强，非常适合用来模拟和理解算法逻辑。通过编写简单的代码，你可以直观看到不同操作系统进程调度策略的效果差异。

1. 先来先服务（FCFS）调度算法

这是最简单的调度算法：按照进程到达的顺序依次执行。虽然公平，但可能导致“长作业阻塞短作业”的问题。

下面是一个用Python实现的FCFS调度模拟：

class Process:    def __init__(self, pid, arrival_time, burst_time):        self.pid = pid                # 进程ID        self.arrival_time = arrival_time  # 到达时间        self.burst_time = burst_time      # 执行时间        self.waiting_time = 0         # 等待时间        self.turnaround_time = 0      # 周转时间def fcfs_scheduling(processes):    # 按到达时间排序    processes.sort(key=lambda x: x.arrival_time)        current_time = 0    for p in processes:        if current_time < p.arrival_time:            current_time = p.arrival_time        p.waiting_time = current_time - p.arrival_time        current_time += p.burst_time        p.turnaround_time = p.waiting_time + p.burst_time        # 打印结果    print("PID\t到达时间\t执行时间\t等待时间\t周转时间")    for p in processes:        print(f"{p.pid}\t{p.arrival_time}\t\t{p.burst_time}\t\t{p.waiting_time}\t\t{p.turnaround_time}")# 示例：创建几个进程processes = [    Process(1, 0, 5),    Process(2, 1, 3),    Process(3, 2, 8),    Process(4, 3, 6)]fcfs_scheduling(processes)

2. 短作业优先（SJF）调度算法

SJF会选择执行时间最短的进程优先运行，可以减少平均等待时间。但需要预知每个进程的执行时间，在实际系统中较难实现。

我们可以在FCFS的基础上稍作修改：

def sjf_scheduling(processes):    # 先按到达时间排序    processes.sort(key=lambda x: x.arrival_time)        ready_queue = []    current_time = 0    completed = []        while len(completed) < len(processes):        # 将已到达但未完成的进程加入就绪队列        for p in processes:            if p.arrival_time <= current_time and p not in ready_queue and p not in completed:                ready_queue.append(p)                if ready_queue:            # 选择执行时间最短的进程            ready_queue.sort(key=lambda x: x.burst_time)            current_process = ready_queue.pop(0)                        current_process.waiting_time = current_time - current_process.arrival_time            current_time += current_process.burst_time            current_process.turnaround_time = current_process.waiting_time + current_process.burst_time            completed.append(current_process)        else:            # 如果没有就绪进程，时间推进到下一个进程到达            current_time += 1        # 打印结果    print("PID\t到达时间\t执行时间\t等待时间\t周转时间")    for p in completed:        print(f"{p.pid}\t{p.arrival_time}\t\t{p.burst_time}\t\t{p.waiting_time}\t\t{p.turnaround_time}")

3. 时间片轮转（Round Robin）调度

这是一种更公平的调度方式，每个进程轮流获得固定时间片（如10ms）的CPU使用权。适合交互式系统。

关键点在于使用队列来管理进程，并记录剩余执行时间。

总结

通过以上例子，你应该对Python模拟调度有了初步了解。不同的先来先服务调度或其他策略适用于不同场景。建议你动手运行这些代码，修改参数，观察结果变化，加深理解。

记住：学习操作系统不是死记硬背，而是通过实践去体会设计思想。希望这篇教程能为你打开Python进程调度算法的大门！