分别解释先来先服务、短作业优先、最高响应比、时间片轮转法、多级队列法这五种调度算法

好的，我了解了您的要求和限制条件。下面是五种调度算法的简要解释：

1. 先来先服务（FCFS，First Come First Serve）调度算法：按照任务到达的先后顺序进行调度，先来的任务先执行。具有简单易懂、易于实现的特点，但不考虑任务的特性，可能导致平均等待时间较长。

2. 短作业优先（SJF，Shortest Job First）调度算法：根据任务的执行时间长短进行调度，执行时间短的任务优先执行。具有平均等待时间较短的优点，但无法预测任务执行时间，可能会导致长任务等待时间过长。

3. 最高响应比（HRRN，Highest Response Ratio Next）调度算法：综合考虑任务等待时间和执行时间长短，选择响应比最高的任务进行调度。具有比 SJF 更好的性能表现，但需要频繁计算响应比，算法复杂度较高。

4. 时间片轮转（RR，Round Robin）调度算法：将 CPU 时间分成若干个时间片，按照 FCFS 原则进行调度，每个任务执行一个时间片后转到下一个任务。具有公平性和可预测性，但较长任务可能需要等待多个时间片才能执行完毕。

5. 多级队列调度算法：将进程按照特定规则分成多个队列进行调度，不同队列采用不同的调度算法。一般将优先级高的任务放在前面队列，采用短作业优先或最高响应比算法，后面队列采用时间片轮转或 FCFS 等算法。具有适应不同类型任务的优点，但需要合理设置队列和调度原则。

相关问题

（1）用C语言实现对N个进程采用某种进程调度算法（如先来先服务调度、短作业优先调度、优先权调度、时间片轮转调度、多级反馈队列调度）的调度。 （2）为了清楚地观察每个进程的调度过程，程序应将每个进程的被调度情况显示出来。 （3）分析程序运行的结果，谈一下自己的收获。

在C语言中实现一个基本的进程调度算法，我们可以选择一种简单的方式，比如时间片轮转调度（Round Robin）。以下是创建这样一个调度器的基本步骤：

1. **定义数据结构**：
- 创建一个包含进程ID、优先级、状态（等待/运行/就绪）和当前CPU时间片的进程结构体。

   typedef struct {
       int pid;
       int priority;
       enum {WAITING, RUNNABLE, RUNNING} status;
       float cpu_time; // 时间片大小
   } Process;

2. **进程队列管理**：
- 使用链表或数组存储所有进程，可以根据需要调整数据结构。

   typedef struct {
       Process* processes;
       int num_processes;
       Process* current_process;
   } Scheduler;

3. **调度函数**：
- 实现一个调度函数，检查当前是否有等待的进程，如果有则根据时间片轮转原则分配CPU时间，如果没有则进入空闲状态。

   void round_robin(Scheduler* scheduler) {
       while (scheduler->current_process == NULL) {
           // 检查队列是否有进程
           if (scheduler->processes->next != NULL) {
               // 分配时间片
               scheduler->current_process = scheduler->processes;
               scheduler->current_process->status = RUNNABLE;
               scheduler->current_process->cpu_time -= CPU_TIME_INCREMENT;
               if (scheduler->current_process->cpu_time <= 0) {
                   // 进程运行完毕，切换到下一个
                   scheduler->current_process = scheduler->current_process->next;
                   scheduler->current_process->status = WAITING;
               }
           } else {
               // 如果无进程，进入等待状态
               sleep(1);
           }
       }
   }

4. **显示进程调度信息**：
- 在进程开始执行和结束时打印相关信息。

   void print_schedule(Process* process) {
       printf("Process %d is now %s with CPU time: %.2f\n", process->pid, process->status == RUNNABLE ? "running" : "waiting", process->cpu_time);
   }

   // 调度前和调度后的回调
   void before_run(Process* process) { print_schedule(process); }
   void after_run(Process* process) { print_schedule(process); }

5. **主程序**：
- 初始化进程队列，创建并插入进程，并调用调度函数。

   int main() {
       // ... 创建进程、添加到队列 ...
       scheduler.num_processes = ...;
       scheduler.processes = ...;

       round_robin(&scheduler);

       return 0;
   }

6. **分析与收获**：
- 可以通过观察调度日志，分析各个进程被调度的频率以及调度算法的效果，如公平性、效率等。
- 收获包括理解进程调度原理，实践了链表操作和条件控制，以及对时间片轮转调度算法的理解。

用C语言写时间片轮转调度算法和多级反馈队列调度算法

时间片轮转调度算法的C语言实现：

#include <stdio.h>

// 进程控制块结构体
typedef struct PCB{
    int pid;    // 进程ID
    int burst;  // 进程执行时间
    int wait;   // 进程等待时间
    int tat;    // 进程周转时间
    int rt;     // 进程剩余时间
} PCB;

// 时间片轮转调度算法
void RR(PCB *p, int n, int q) {
    int t = 0;  // 记录当前时间
    int done = 0; // 记录已经完成的进程数
    while(done < n) {
        int flag = 0;   // 标记是否有进程在执行
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            if(p[i].rt > 0) {   // 判断进程是否还有剩余时间
                flag = 1;   // 标记有进程在执行
                if(p[i].rt > q) {   // 进程还需执行时间大于时间片
                    t += q; // 更新当前时间
                    p[i].rt -= q;   // 更新进程剩余时间
                } else {
                    t += p[i].rt;   // 更新当前时间
                    p[i].wait = t - p[i].burst; // 计算进程等待时间
                    p[i].tat = t;   // 计算进程周转时间
                    p[i].rt = 0;    // 进程已经执行完
                    done++; // 已经完成的进程数+1
                }
            }
        }
        if(flag == 0) break; // 所有进程都已经执行完
    }
    printf("进程ID\t等待时间\t周转时间\n");
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d\t%d\t%d\n", p[i].pid, p[i].wait, p[i].tat);
    }
}

int main() {
    // 初始化进程控制块
    PCB p[] = {
        {1, 24, 0, 0, 24},
        {2, 3, 0, 0, 3},
        {3, 3, 0, 0, 3}
    };
    int n = sizeof(p) / sizeof(PCB);
    int q = 4;  // 时间片大小
    RR(p, n, q);
    return 0;
}

多级反馈队列调度算法的C语言实现：

#include <stdio.h>

// 进程控制块结构体
typedef struct PCB{
    int pid;    // 进程ID
    int burst;  // 进程执行时间
    int wait;   // 进程等待时间
    int tat;    // 进程周转时间
    int rt;     // 进程剩余时间
    int prio;   // 进程优先级
} PCB;

// 多级反馈队列调度算法
void MFQ(PCB *p, int n, int q1, int q2) {
    int t = 0;  // 记录当前时间
    int done = 0; // 记录已经完成的进程数
    while(done < n) {
        int flag = 0;   // 标记是否有进程在执行
        // 第一级队列，时间片大小为q1
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            if(p[i].prio == 1 && p[i].rt > 0) {    // 判断进程是否在第一级队列中
                flag = 1;   // 标记有进程在执行
                if(p[i].rt > q1) {  // 进程还需执行时间大于时间片
                    t += q1; // 更新当前时间
                    p[i].rt -= q1;  // 更新进程剩余时间
                } else {
                    t += p[i].rt;   // 更新当前时间
                    p[i].wait = t - p[i].burst; // 计算进程等待时间
                    p[i].tat = t;   // 计算进程周转时间
                    p[i].rt = 0;    // 进程已经执行完
                    p[i].prio = 2;  // 进程优先级变为第二级
                    done++; // 已经完成的进程数+1
                }
            }
        }
        // 第二级队列，时间片大小为q2
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            if(p[i].prio == 2 && p[i].rt > 0) {    // 判断进程是否在第二级队列中
                flag = 1;   // 标记有进程在执行
                if(p[i].rt > q2) {  // 进程还需执行时间大于时间片
                    t += q2; // 更新当前时间
                    p[i].rt -= q2;  // 更新进程剩余时间
                } else {
                    t += p[i].rt;   // 更新当前时间
                    p[i].wait = t - p[i].burst; // 计算进程等待时间
                    p[i].tat = t;   // 计算进程周转时间
                    p[i].rt = 0;    // 进程已经执行完
                    done++; // 已经完成的进程数+1
                }
            }
        }
        if(flag == 0) break; // 所有进程都已经执行完
    }
    printf("进程ID\t等待时间\t周转时间\n");
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d\t%d\t%d\n", p[i].pid, p[i].wait, p[i].tat);
    }
}

int main() {
    // 初始化进程控制块
    PCB p[] = {
        {1, 10, 0, 0, 10, 1},
        {2, 1, 0, 0, 1, 1},
        {3, 2, 0, 0, 2, 1},
        {4, 1, 0, 0, 1, 1},
        {5, 5, 0, 0, 5, 1},
    };
    int n = sizeof(p) / sizeof(PCB);
    int q1 = 2; // 第一级队列时间片大小
    int q2 = 4; // 第二级队列时间片大小
    MFQ(p, n, q1, q2);
    return 0;
}