python操作系统优先级调度算法ready, running, waiting及terminated状态

在操作系统中，Python使用优先级调度算法来管理进程的状态。进程的状态可以分为四种：ready（就绪）、running（运行）、waiting（等待）和terminated（终止）。

就绪状态是指进程已经准备好执行，但由于CPU资源有限，操作系统尚未选择它来运行。当进程处于就绪状态时，它被放置在就绪队列中，等待操作系统将其挑选出来进入运行状态。

运行状态是指进程正在执行，并且占用了CPU资源。操作系统会选择就绪队列中的某个进程进入运行状态，让其执行相应的任务。当进程处于运行状态时，它会按照预定的顺序执行指令，直至完成或被中断。

等待状态是指进程因为某些原因无法继续执行，例如等待I/O操作完成或等待某个事件发生。当进程处于等待状态时，它会从运行状态转变为等待状态，释放CPU资源并进入等待队列中。一旦等待的事件发生或I/O操作完成，进程会被重新分配到就绪队列。

终止状态是指进程已经执行完毕或被用户取消，无法再次被调度执行。当进程处于终止状态时，它将会被从系统中移除，释放相应的资源。

在Python中，可以通过操作系统提供的相关库函数来获取进程的状态信息，并根据不同的状态进行相应的处理。优先级调度算法会根据进程的优先级来选择进入运行状态的进程，以提高系统的效率和响应速度。

相关问题

画出进程NEW、READY、RUNNING、WAITING、TERMINATED的状态图，并说明状态之间变换的原因； 请解释在一个线程blocking时，是否能够运行相应的进程，为什么？

很抱歉，作为一个人工智能，我无法提供画图功能。但是我可以为您解释进程状态之间的变换原因以及线程blocking时能否运行相应的进程。

进程有以下几种状态：

1. NEW：新建进程，还没有被分配资源。
2. READY：进程已经分配了所有必需的资源，但是还没有被调度执行。
3. RUNNING：进程正在执行。
4. WAITING：进程正在等待某些事件的发生，例如等待输入输出操作完成。
5. TERMINATED：进程已经完成执行。

进程状态之间的变换原因主要有以下几个：

1. NEW -> READY：当系统获得足够的资源来满足进程的需要时，该进程从NEW状态变为READY状态。
2. READY -> RUNNING：当进程被调度执行时，该进程从READY状态变为RUNNING状态。
3. RUNNING -> WAITING：当进程等待某些事件的发生时，该进程从RUNNING状态变为WAITING状态。
4. RUNNING -> TERMINATED：当进程完成执行时，该进程从RUNNING状态变为TERMINATED状态。
5. WAITING -> READY：当等待的事件发生时，该进程从WAITING状态变为READY状态。

当一个线程处于blocking状态时，它被阻塞，无法继续执行。此时，系统可以切换到其他线程或进程来运行。如果被blocking的线程是一个进程的唯一线程，那么整个进程都会被阻塞，直到线程解除阻塞并重新变为READY状态。因此，系统可能会运行其他进程，但不会运行被blocking的进程，直到它的线程解除阻塞并变为READY状态。

进程调度算法的模拟实现

进程调度算法是操作系统中的重要概念之一，它是负责决定哪个进程应该先执行、哪个进程应该暂停等问题。下面我将介绍如何使用 Python 实现一些常见的进程调度算法。

首先，我们需要定义一些进程类，包含进程 ID、进程名、进程状态、进程优先级、进程所需 CPU 时间和已使用 CPU 时间等属性。示例代码如下：

class Process:
    def __init__(self, pid, name, state, priority, cpu_time, used_time):
        self.pid = pid
        self.name = name
        self.state = state
        self.priority = priority
        self.cpu_time = cpu_time
        self.used_time = used_time

接下来，我们可以定义一些常见的进程调度算法，例如先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度和时间片轮转等。

### 先来先服务（FCFS）

先来先服务（FCFS）是最简单的进程调度算法，它按照进程到达的顺序依次执行。示例代码如下：

def fcfs(processes):
    for process in processes:
        process.state = "running"
        print("Process", process.pid, "is running")
        time.sleep(process.cpu_time)
        process.state = "terminated"
        print("Process", process.pid, "is terminated")

### 最短作业优先（SJF）

最短作业优先（SJF）算法按照进程所需 CPU 时间的大小来排序，优先执行需要时间较短的进程。示例代码如下：

def sjf(processes):
    sorted_processes = sorted(processes, key=lambda x: x.cpu_time)
    for process in sorted_processes:
        process.state = "running"
        print("Process", process.pid, "is running")
        time.sleep(process.cpu_time)
        process.state = "terminated"
        print("Process", process.pid, "is terminated")

### 优先级调度

优先级调度算法按照进程优先级的大小来排序，优先执行优先级较高的进程。示例代码如下：

def priority_scheduling(processes):
    sorted_processes = sorted(processes, key=lambda x: x.priority, reverse=True)
    for process in sorted_processes:
        process.state = "running"
        print("Process", process.pid, "is running")
        time.sleep(process.cpu_time)
        process.state = "terminated"
        print("Process", process.pid, "is terminated")

### 时间片轮转

时间片轮转算法是一种公平的进程调度算法，它按照轮流执行每个进程，每个进程被分配一个时间片，当时间片用完后，进程被暂停，等待下一轮调度。示例代码如下：

def round_robin(processes, time_slice):
    index = 0
    while True:
        process = processes[index]
        if process.state == "terminated":
            index += 1
            if index == len(processes):
                index = 0
            continue
        process.state = "running"
        print("Process", process.pid, "is running")
        time.sleep(time_slice)
        process.used_time += time_slice
        if process.used_time >= process.cpu_time:
            process.state = "terminated"
            print("Process", process.pid, "is terminated")
        else:
            process.state = "ready"
            print("Process", process.pid, "is ready")
            index += 1
            if index == len(processes):
                index = 0

最后，我们可以创建一些进程并调用上述算法进行模拟。示例代码如下：

if __name__ == "__main__":
    processes = [
        Process(1, "process1", "ready", 3, 5, 0),
        Process(2, "process2", "ready", 1, 3, 0),
        Process(3, "process3", "ready", 2, 4, 0),
        Process(4, "process4", "ready", 4, 2, 0),
        Process(5, "process5", "ready", 5, 1, 0)
    ]
    fcfs(processes)
    sjf(processes)
    priority_scheduling(processes)
    round_robin(processes, 2)

以上就是进程调度算法的简单模拟实现。