前言：本文旨在分享如何使用c语言对操作系统中的部分进程调度算法进行模拟实现，以及算法描述的讲解，完整代码放在文章末尾，欢迎大家自行拷贝调用

目录

常见的调度算法

数据结构

先来先服务调度算法

算法模拟思路：

算法模拟：

最短作业优先调度算法

算法模拟思路：

算法模拟：

最高优先级调度算法

算法模拟思路：

算法模拟：

时间片轮转调度算法

算法模拟思路：

算法模拟：

完整代码：

course.h：

course.cpp：

test.cpp：

常见的调度算法

  • 先来先服务调度算法
  • 最短作业优先调度算法
  • 高响应比优先调度算法
  • 最高优先级调度算法
  • 时间片轮转调度算法
  • 多级反馈队列调度算法
  • … …

数据结构

typedef struct program{char name[20];int running_time;int enter_time;int priority;int done_time;//用于时间片轮转int copyRunning_time; //用于时间片轮转int start_time;program* next;} Program;typedef struct programQueue{program* firstProg;program* LastProg;int size;} programQueue;

先来先服务调度算法

顾名思义，先来后到，每次从就绪队列选择最先进入队列的进程，然后一直运行，直到进程退出或被阻塞，才会继续从队列中选择第一个进程接着运行。但是当一个长作业先运行了，那么后面的短作业等待的时间就会很长，不利于短作业。FCFS 对长作业有利，适用于 CPU 繁忙型作业的系统，而不适用于 I/O 繁忙型作业的系统。

算法模拟思路：

  1. 首先将输入的进程放入一个进程数组中，然后根据进程的到达时间进行排序，将最先到达的进程放入进程就绪队列中。
  2. 当队列不空时，从队头取出一个进程来执行，直至此进程执行完，并将在此进程执行期间到达的进程依次加入进程就绪队列。
  3. 如果队列为空，但进程数组中仍存在未到达的进程，这时将要到达进程加入进程就绪队列。

算法模拟：

//FCFS先来先服务算法void FCFS(program pro[], int num){printf("进程 到达时间服务时间 开始时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");sortWithEnterTime(pro, num);//按照进入顺序排序 programQueue* queue = (programQueue*)malloc(sizeof(programQueue));Queueinit(queue);EnterQueue(queue, &pro[0]);int time = pro[0].enter_time;int pronum = 1;//记录当前的进程 float sum_T_time = 0, sum_QT_time = 0;while (queue->size > 0){program* curpro = poll(queue); //从进程队列中取出进程 if (time enter_time)time = curpro->enter_time;int done_time = time + curpro->running_time;int T_time = done_time - curpro->enter_time;sum_T_time += T_time;float QT_time = T_time / (curpro->running_time + 0.0);sum_QT_time += QT_time;for (int tt = time; tt <= done_time && pronum = pro[pronum].enter_time){EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%.2f\n", curpro->name, curpro->enter_time, curpro->running_time, time, done_time, T_time, QT_time);time += curpro->running_time;if (queue->size == 0 && pronum < num){//防止出现前一个进程执行完到下一个进程到达之间无进程进入 EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}printf("平均周转时间为%.2f\t平均带权周转时间为%.2f\n", sum_T_time / (num + 0.0), sum_QT_time / (num + 0.0));}

最短作业优先调度算法

最短作业优先调度算法会优先选择运行时间最短的进程来运行，这有助于提高系统的吞吐量。这显然对长作业不利，很容易造成一种极端现象。比如，一个长作业在就绪队列等待运行，而这个就绪队列有非常多的短作业，那么就会使得长作业不断的往后推，周转时间变长，致使长作业长期不会被运行。

算法模拟思路：

  1. 首先也是按进程的到达时间进行排序。让最先到达的进程入队。
  2. 当队列不空时，从队头取出一个进程来执行，直至此进程执行完，设置一个变量记录此进程执行过程中所有到达的进程。
  3. 将这些到达的进程进行排序，按照进程服务时间的大小。然后将排序好的进程数组中的进程依次加入进程队列。（只排当前进程执行期间到达的进程）
  4. 此时也要考虑如果队列为空，但进程数组中仍存在未到达的进程，这时将要到达进程加入进程就绪队列。

算法模拟：

//短作业优先算法void SJF(program pro[], int num){printf("进程 到达时间服务时间 开始时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");sortWithEnterTime(pro, num);programQueue* queue = (programQueue*)malloc(sizeof(programQueue));Queueinit(queue);EnterQueue(queue, &pro[0]);int time = pro[0].enter_time;int pronum = 1;//记录当前的进程 float sum_T_time = 0, sum_QT_time = 0;while (queue->size > 0){program* curpro = poll(queue); //从进程队列中取出进程 if (time enter_time)time = curpro->enter_time;int done_time = time + curpro->running_time;int T_time = done_time - curpro->enter_time;float QT_time = T_time / (curpro->running_time + 0.0);sum_T_time += T_time;sum_QT_time += QT_time;int pre = pronum;for (int tt = time; tt <= done_time && pronum = pro[pronum].enter_time){// 统计从此任务开始到结束之间有几个进程到达 pronum++;}}sortWithLongth(pro, pre, pronum);//将到达的进程按照服务时间排序for (int i = pre; i name, curpro->enter_time, curpro->running_time, time, done_time, T_time, QT_time);time += curpro->running_time;if (queue->size == 0 && pronum < num){//防止出现前一个进程执行完到下一个进程到达之间无进程进入 EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}printf("平均周转时间为%.2f\t平均带权周转时间为%.2f\n", sum_T_time / (num + 0.0), sum_QT_time / num);}

最高优先级调度算法

进程的优先级可以分为，静态优先级或动态优先级：

  • 静态优先级：创建进程时候，就已经确定了优先级了，然后整个运行时间优先级都不会变化；
  • 动态优先级：根据进程的动态变化调整优先级，比如如果进程运行时间增加，则降低其优先级，如果进程等待时间（就绪队列的等待时间）增加，则升高其优先级，也就是随着时间的推移增加等待进程的优先级。

该算法也有两种处理优先级高的方法，非抢占式和抢占式：

  • 非抢占式：当就绪队列中出现优先级高的进程，运行完当前进程，再选择优先级高的进程。
  • 抢占式：当就绪队列中出现优先级高的进程，当前进程挂起，调度优先级高的进程运行。

但是依然有缺点，可能会导致低优先级的进程永远不会运行

算法模拟思路：

  1. 首先也是按进程的到达时间进行排序。让最先到达的进程入队。
  2. 当队列不空时，从队头取出一个进程来执行，直至此进程执行完，设置一个变量记录此进程执行过程中所有到达的进程。
  3. 将这些到达的进程进行排序，按照进程优先权排序（权值小的先入）。然后将排序好的进程数组中的进程依次加入进程队列。（只排当前进程执行期间到达的进程）
  4. 此时也要考虑如果队列为空，但进程数组中仍存在未到达的进程，这时将要到达进程加入进程就绪队列。

算法模拟：

//优先权高者优先（HPF）void HPF(program pro[], int num){printf("进程 到达时间服务时间 开始时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");sortWithEnterTime(pro, num);programQueue* queue = (programQueue*)malloc(sizeof(programQueue));Queueinit(queue);EnterQueue(queue, &pro[0]);int time = pro[0].enter_time;int pronum = 1;//记录当前的进程 float sum_T_time = 0, sum_QT_time = 0;while (queue->size > 0){program* curpro = poll(queue); //从进程队列中取出进程 if (time enter_time)time = curpro->enter_time;int done_time = time + curpro->running_time;int T_time = done_time - curpro->enter_time;float QT_time = T_time / (curpro->running_time + 0.0);sum_T_time += T_time;sum_QT_time += QT_time;int pre = pronum;for (int tt = time; tt <= done_time && pronum = pro[pronum].enter_time){// 统计从此任务开始到结束之间有几个进程到达 pronum++;}}sortWithPriority(pro, pre, pronum);//将到达的进程按照服务时间排序for (int i = pre; i name, curpro->enter_time, curpro->running_time, time, done_time, T_time, QT_time);time += curpro->running_time;if (queue->size == 0 && pronum < num){//防止出现前一个进程执行完到下一个进程到达之间无进程进入 EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}printf("平均周转时间为%.2f\t平均带权周转时间为%.2f\n", sum_T_time / (num + 0.0), sum_QT_time / (num + 0.0));}

时间片轮转调度算法

每个进程被分配一个时间段，称为时间片，即允许该进程在该时间段中运行。如果时间片用完，进程还在运行，那么将会把此进程从 CPU 释放出来，并把 CPU 分配另外一个进程；如果该进程在时间片结束前阻塞或结束，则 CPU 立即进行切换；如果时间片设得太短会导致过多的进程上下文切换，降低了 CPU 效率；如果设得太长又可能引起对短作业进程的响应时间变长。

算法模拟思路：

  1. 首先也是按进程的到达时间进行排序。让最先到达的进程入队。
  2. 当队列不空时，从队头取出一个进程来执行。此时分两种情况：①如果当前进程的剩余服务时间不大于时间片大小，说明此次将会将这个进程执 行完毕，在此进程执行过程中到达的进程需要添加到进程就绪队列中，这时就可以输出 此进程执行完毕②如果当前进程的剩余服务时间大于时间片大小，还需将此进程执行过程中到达 的进程需要添加到进程就绪队列中，然后此进程的剩余服务时间减少时间片大小，此进 程重新进入进程就绪队列
  3. 此时也要考虑如果队列为空，但进程数组中仍存在未到达的进程，这时将要到达进程加入进程就绪队列

算法模拟：

//时间片轮转（RR）void RR(program pro[], int num){printf("请输入时间片大小");int timeslice; scanf("%d", &timeslice);printf("进程 到达时间服务时间 进入时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");sortWithEnterTime(pro, num);programQueue* queue = (programQueue*)malloc(sizeof(programQueue));Queueinit(queue);pro[0].start_time = pro[0].enter_time;EnterQueue(queue, &pro[0]);int time = 0;int pronum = 1;float sum_T_time = 0, sum_QT_time = 0;while (queue->size > 0){program* curpro = poll(queue);// 从队列中取出头节点 if (time enter_time)time = curpro->enter_time;if (timeslice >= curpro->running_time){// 如果剩余时间小于时间片则此任务完成for (int tt = time; tt running_time && pronum = pro[pronum].enter_time){// 统计从此任务开始到结束之间有几个进程到达 pro[pronum].start_time = tt;EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}time += curpro->running_time;curpro->running_time = 0;curpro->done_time = time;int T_time = curpro->done_time - curpro->start_time;float QT_time = T_time / (curpro->copyRunning_time + 0.0);sum_T_time += T_time;sum_QT_time += QT_time;printf("%s\t%d\t%d\t%d\t %d\t %d\t%.2f\n", curpro->name, curpro->enter_time, curpro->copyRunning_time,curpro->start_time, curpro->done_time, T_time, QT_time);if (queue->size == 0 && pronum < num){//防止出现前一个进程执行完到下一个进程到达之间无进程进入 pro[pronum].start_time = pro[pronum].enter_time;EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}continue;}for (int tt = time; tt <= time + timeslice && pronum = pro[pronum].enter_time){// 统计从此任务开始到结束之间有几个进程到达 pro[pronum].start_time = tt;EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}time += timeslice;curpro->running_time -= timeslice;EnterQueue(queue, curpro);//当前程序未完成继续添加到队列中 if (queue->size == 0 && pronum < num){//防止出现前一个进程执行完到下一个进程到达之间无进程进入 pro[pronum].start_time = pro[pronum].enter_time;EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}printf("平均周转时间为%.2f\t平均带权周转时间为%.2f\n\n", sum_T_time / (num + 0.0), sum_QT_time / (num + 0.0));}

完整代码：

我们分三个文件进行操作，当然大家也可以把三个文件按顺序放在一个文件里面进行操作

course.h： 结构体的包含以及函数的声明

course.cpp： 函数的具体实现

test.cpp： 主函数用于调用其余文件函数

course.h： 

#pragma once#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include#include#include #includetypedef struct program{char name[20];int running_time;int enter_time;int priority;int done_time;//用于时间片轮转int copyRunning_time; //用于时间片轮转int start_time;program* next;} Program;typedef struct programQueue{program* firstProg;program* LastProg;int size;} programQueue;//初始化void Queueinit(programQueue* queue);//打印void print(program pro[], int num);//打印队列void printQueue(programQueue* queue);//加入进程队列 void EnterQueue(programQueue* queue, program* pro);//查询program* poll(programQueue* queue);//输入void inputProgram(program pro[], int num);//根据时间排序void sortWithEnterTime(program pro[], int num);//FCFS先来先服务算法void FCFS(program pro[], int num);//根据长度排序void sortWithLongth(program pro[], int start, int end);//短作业优先算法void SJF(program pro[], int num);//根据优先级排列void sortWithPriority(program pro[], int start, int end);//优先权高者优先（HPF）void HPF(program pro[], int num);//时间片轮转（RR）void RR(program pro[], int num);//选择菜单void choiceMenu();

course.cpp：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "course.h"//初始化void Queueinit(programQueue* queue){if (queue == NULL){return;}queue->size = 0;queue->LastProg = (program*)malloc(sizeof(program));queue->firstProg = queue->LastProg;}//打印void print(program pro[], int num){for (int i = 0; i firstProg->next;while (p != NULL){printf("%s ", p->name);p = p->next;}printf("\n");}//加入进程队列 void EnterQueue(programQueue* queue, program* pro){queue->LastProg->next = (program*)malloc(sizeof(program));queue->LastProg = queue->LastProg->next;queue->LastProg->enter_time = pro->enter_time;memcpy(queue->LastProg->name, pro->name, sizeof(pro->name));queue->LastProg->priority = pro->priority;queue->LastProg->running_time = pro->running_time;queue->LastProg->copyRunning_time = pro->copyRunning_time;queue->LastProg->start_time = pro->start_time;queue->size++;}//查询program* poll(programQueue* queue){program* temp = queue->firstProg->next;if (temp == queue->LastProg){queue->LastProg = queue->firstProg;queue->size--;return temp;}queue->firstProg->next = queue->firstProg->next->next;queue->size--;return temp;}//输入void inputProgram(program pro[], int num){for (int i = 0; i < num; i++){program prog;printf("请输入第%d个进程的名字，到达时间，服务时间，优先级\n", i + 1);scanf("%s", prog.name);scanf("%d", &prog.enter_time);scanf("%d", &prog.running_time);prog.copyRunning_time = prog.running_time;scanf("%d", &prog.priority);pro[i] = prog;}}//根据时间排序void sortWithEnterTime(program pro[], int num){for (int i = 1; i < num; i++){for (int j = 0; j  pro[j + 1].enter_time){program temp = pro[j];pro[j] = pro[j + 1];pro[j + 1] = temp;}}}}//FCFS先来先服务算法void FCFS(program pro[], int num){printf("进程 到达时间服务时间 开始时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");sortWithEnterTime(pro, num);//按照进入顺序排序 programQueue* queue = (programQueue*)malloc(sizeof(programQueue));Queueinit(queue);EnterQueue(queue, &pro[0]);int time = pro[0].enter_time;int pronum = 1;//记录当前的进程 float sum_T_time = 0, sum_QT_time = 0;while (queue->size > 0){program* curpro = poll(queue); //从进程队列中取出进程 if (time enter_time)time = curpro->enter_time;int done_time = time + curpro->running_time;int T_time = done_time - curpro->enter_time;sum_T_time += T_time;float QT_time = T_time / (curpro->running_time + 0.0);sum_QT_time += QT_time;for (int tt = time; tt <= done_time && pronum = pro[pronum].enter_time){EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%.2f\n", curpro->name, curpro->enter_time, curpro->running_time, time, done_time, T_time, QT_time);time += curpro->running_time;if (queue->size == 0 && pronum < num){//防止出现前一个进程执行完到下一个进程到达之间无进程进入 EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}printf("平均周转时间为%.2f\t平均带权周转时间为%.2f\n", sum_T_time / (num + 0.0), sum_QT_time / (num + 0.0));}//根据长度排序void sortWithLongth(program pro[], int start, int end){int len = end - start;if (len == 1) return;for (int i = 1; i < len; i++) {for (int j = start; j  pro[j + 1].running_time){program temp = pro[j];pro[j] = pro[j + 1];pro[j + 1] = temp;}}}}//短作业优先算法void SJF(program pro[], int num){printf("进程 到达时间服务时间 开始时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");sortWithEnterTime(pro, num);programQueue* queue = (programQueue*)malloc(sizeof(programQueue));Queueinit(queue);EnterQueue(queue, &pro[0]);int time = pro[0].enter_time;int pronum = 1;//记录当前的进程 float sum_T_time = 0, sum_QT_time = 0;while (queue->size > 0){program* curpro = poll(queue); //从进程队列中取出进程 if (time enter_time)time = curpro->enter_time;int done_time = time + curpro->running_time;int T_time = done_time - curpro->enter_time;float QT_time = T_time / (curpro->running_time + 0.0);sum_T_time += T_time;sum_QT_time += QT_time;int pre = pronum;for (int tt = time; tt <= done_time && pronum = pro[pronum].enter_time){// 统计从此任务开始到结束之间有几个进程到达 pronum++;}}sortWithLongth(pro, pre, pronum);//将到达的进程按照服务时间排序for (int i = pre; i name, curpro->enter_time, curpro->running_time, time, done_time, T_time, QT_time);time += curpro->running_time;if (queue->size == 0 && pronum < num){//防止出现前一个进程执行完到下一个进程到达之间无进程进入 EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}printf("平均周转时间为%.2f\t平均带权周转时间为%.2f\n", sum_T_time / (num + 0.0), sum_QT_time / num);}//根据优先级排列void sortWithPriority(program pro[], int start, int end){int len = end - start;if (len == 1) return;for (int i = 1; i < len; i++){for (int j = start; j  pro[j + 1].priority){program temp = pro[j];pro[j] = pro[j + 1];pro[j + 1] = temp;}}}}//优先权高者优先（HPF）void HPF(program pro[], int num){printf("进程 到达时间服务时间 开始时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");sortWithEnterTime(pro, num);programQueue* queue = (programQueue*)malloc(sizeof(programQueue));Queueinit(queue);EnterQueue(queue, &pro[0]);int time = pro[0].enter_time;int pronum = 1;//记录当前的进程 float sum_T_time = 0, sum_QT_time = 0;while (queue->size > 0){program* curpro = poll(queue); //从进程队列中取出进程 if (time enter_time)time = curpro->enter_time;int done_time = time + curpro->running_time;int T_time = done_time - curpro->enter_time;float QT_time = T_time / (curpro->running_time + 0.0);sum_T_time += T_time;sum_QT_time += QT_time;int pre = pronum;for (int tt = time; tt <= done_time && pronum = pro[pronum].enter_time){// 统计从此任务开始到结束之间有几个进程到达 pronum++;}}sortWithPriority(pro, pre, pronum);//将到达的进程按照服务时间排序for (int i = pre; i name, curpro->enter_time, curpro->running_time, time, done_time, T_time, QT_time);time += curpro->running_time;if (queue->size == 0 && pronum size > 0){program* curpro = poll(queue);// 从队列中取出头节点 if (time enter_time)time = curpro->enter_time;if (timeslice >= curpro->running_time){// 如果剩余时间小于时间片则此任务完成for (int tt = time; tt running_time && pronum = pro[pronum].enter_time){// 统计从此任务开始到结束之间有几个进程到达 pro[pronum].start_time = tt;EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}time += curpro->running_time;curpro->running_time = 0;curpro->done_time = time;int T_time = curpro->done_time - curpro->start_time;float QT_time = T_time / (curpro->copyRunning_time + 0.0);sum_T_time += T_time;sum_QT_time += QT_time;printf("%s\t%d\t%d\t%d\t %d\t %d\t%.2f\n", curpro->name, curpro->enter_time, curpro->copyRunning_time,curpro->start_time, curpro->done_time, T_time, QT_time);if (queue->size == 0 && pronum < num){//防止出现前一个进程执行完到下一个进程到达之间无进程进入 pro[pronum].start_time = pro[pronum].enter_time;EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}continue;}for (int tt = time; tt <= time + timeslice && pronum = pro[pronum].enter_time){// 统计从此任务开始到结束之间有几个进程到达 pro[pronum].start_time = tt;EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}time += timeslice;curpro->running_time -= timeslice;EnterQueue(queue, curpro);//当前程序未完成继续添加到队列中 if (queue->size == 0 && pronum < num){//防止出现前一个进程执行完到下一个进程到达之间无进程进入 pro[pronum].start_time = pro[pronum].enter_time;EnterQueue(queue, &pro[pronum]);pronum++;}}printf("平均周转时间为%.2f\t平均带权周转时间为%.2f\n\n", sum_T_time / (num + 0.0), sum_QT_time / (num + 0.0));}//选择菜单void choiceMenu(){printf("请选择进程调度算法：\n");printf("1.先来先服务算法\n");printf("2.短进程优先算法\n");printf("3.高优先级优先\n");printf("4.时间片轮转算法\n");}

test.cpp：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include"course.h"int main(){int proNum = 5;//5个进程program pro[5];inputProgram(pro, proNum);choiceMenu();int choice;do{scanf("%d", &choice);switch (choice){case 1:system("cls");FCFS(pro, proNum);choiceMenu();break;case 2:system("cls");SJF(pro, proNum);choiceMenu();break;case 3:system("cls");HPF(pro, proNum);choiceMenu();break;case 4:system("cls");RR(pro, proNum);choiceMenu();break;default:printf("输入错误，请重新尝试\n");break;}} while (choice);return 0;}

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