时间片轮转调度抢占式

### 时间片轮转调度的抢占式工作机制

在操作系统中，时间片轮转调度是一种典型的抢占式调度机制[^1]。该算法通过设定固定长度的时间片段——称为时间片，来管理各个进程对CPU的访问权限。

当一个进程正在执行而其分配的时间片耗尽时，即使此进程尚未完成任务，也会被迫暂停并被放置到等待队列末端。此时，原本处于队列头部的新进程获得机会开始自己的计算周期，直到当前时间片结束或主动释放控制权为止。这种处理方法确保了所有请求都能得到公平对待，并防止任何一个长时间运行的任务独占处理器资源[^2]。

对于具体实现而言，在每一个新的时间片开始前，系统会检查是否有更高优先级的任务存在；如果有，则立即切换至高优先进程继续工作。而在实际应用案例里，比如有四个不同属性的进程(P1, P2, P3 和 P4)，它们按照各自到来顺序排列形成初始就绪列表。假设时间片设为2单位时间内：

| 进程 | 到达时间 | 需要运行时间 |
| --- | ------- | ---------- |
| P1 | 0 | 5 |
| P2 | 2 | 4 |
| P3 | 4 | 1 |
| P4 | 5 | 6 |

根据上述条件模拟一轮完整的调度过程可以发现，每当某个进程消耗掉为其预留的时间片之后就会被打断，并重新排队等候下一次执行时机。这样的循环往复构成了典型的时间片轮转调度模式下的抢占行为特性[^3]。

def round_robin_scheduling(processes, time_slice):
    current_time = 0
    queue = []
    
    while any(p['remaining'] > 0 for p in processes.values()):
        for name, process in sorted(processes.items(), key=lambda item: (item[1]['arrival'], item[0])):
            if not process.get('started', False) and current_time >= process['arrival']:
                process['started'] = True
                
            if process['remaining'] > 0:
                execution_duration = min(time_slice, process['remaining'])
                
                print(f"Time {current_time}: Process {name} runs for {execution_duration}")
                
                process['remaining'] -= execution_duration
                current_time += execution_duration
                
                if process['remaining'] > 0:
                    queue.append(name)

        next_process_name = queue.pop(0) if queue else None
        
        if next_process_name is not None:
            continue
            
    total_execution_time = sum([p['burst'] for p in processes.values()])
    print(f"\nTotal Execution Time: {total_execution_time}")

processes = {
    'P1': {'arrival': 0, 'burst': 5},
    'P2': {'arrival': 2, 'burst': 4},
    'P3': {'arrival': 4, 'burst': 1},
    'P4': {'arrival': 5, 'burst': 6}
}

for proc in processes.values():
    proc['remaining'] = proc['burst']

round_robin_scheduling(processes, 2)