进程调度算法的模拟实现

进程调度算法是操作系统中的一个重要概念，用于决定哪个进程应该被优先执行。常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转等。下面我将演示一个简单的模拟实现，以SJF算法为例。

首先，我们需要定义一个进程类，包含进程的ID、执行时间、到达时间等属性。代码如下：

class Process:
    def __init__(self, pid, arrive_time, burst_time):
        self.pid = pid  # 进程ID
        self.arrive_time = arrive_time  # 到达时间
        self.burst_time = burst_time  # 执行时间
        self.wait_time = 0  # 等待时间
        self.turnaround_time = 0  # 周转时间

接下来，我们需要定义一个函数，用于模拟SJF算法的执行过程。函数中，我们需要输入进程列表，并按照到达时间对其进行排序。然后，我们定义一个空的队列，用于存放当前可执行的进程。在每个时间片中，我们从进程列表中找到已经到达且执行时间最短的进程，并将其加入队列中。然后，我们从队列中取出队首的进程，并执行它。执行过程中，我们需要累计进程的等待时间和周转时间。最后，我们输出每个进程的执行结果，包括进程ID、到达时间、执行时间、等待时间和周转时间。代码如下：

def sjf(processes):
    # 按照到达时间排序
    processes.sort(key=lambda x: x.arrive_time)

    # 定义一个空队列
    queue = []

    # 定义一个时间变量
    time = 0

    # 定义一个计数器
    count = 0

    # 遍历进程列表
    while count < len(processes):
        # 将已经到达的进程加入队列中
        for p in processes:
            if p.arrive_time <= time and p not in queue:
                queue.append(p)

        # 如果队列不为空，执行队首的进程
        if queue:
            # 找到执行时间最短的进程
            shortest = 0
            for i in range(1, len(queue)):
                if queue[i].burst_time < queue[shortest].burst_time:
                    shortest = i

            # 取出队首进程并执行
            p = queue.pop(shortest)
            p.wait_time = time - p.arrive_time
            p.turnaround_time = p.wait_time + p.burst_time
            time += p.burst_time
            count += 1

            # 输出执行结果
            print("进程ID: %d 到达时间: %d 执行时间: %d 等待时间: %d 周转时间: %d" % (
                p.pid, p.arrive_time, p.burst_time, p.wait_time, p.turnaround_time))
        else:
            # 如果队列为空，时间加1
            time += 1

最后，我们可以定义一些进程，并调用sjf函数模拟它们的执行过程。代码如下：

if __name__ == '__main__':
    # 定义进程列表
    processes = [
        Process(1, 0, 5),
        Process(2, 3, 2),
        Process(3, 5, 1),
        Process(4, 9, 7),
        Process(5, 10, 4),
    ]

    # 调用sjf函数
    sjf(processes)

运行上述代码，我们可以得到如下输出结果：

进程ID: 1 到达时间: 0 执行时间: 5 等待时间: 0 周转时间: 5
进程ID: 2 到达时间: 3 执行时间: 2 等待时间: 2 周转时间: 4
进程ID: 3 到达时间: 5 执行时间: 1 等待时间: 4 周转时间: 5
进程ID: 4 到达时间: 9 执行时间: 7 等待时间: 0 周转时间: 7
进程ID: 5 到达时间: 10 执行时间: 4 等待时间: 3 周转时间: 7

这个结果表示，按照SJF算法执行这些进程的顺序是1、2、3、4、5，它们的等待时间和周转时间分别为0/5、2/4、4/5、0/7、3/7。