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操作系统进程调度算法（c语言模拟实现）

马肤
这是懒羊羊

        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 = 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  

    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 = 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  

     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 = 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  

         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 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  

        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 
#include
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;
//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  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 = 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  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 = 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  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 = 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 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  

        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;
}

         
        本次的分享就到此为止了，感谢您的支持，如果您有不同意见，欢迎评论区积极交流

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