多道程序设计与作业调度

# 1. 多道程序设计概述

## 1.1 多道程序设计的概念和原理

多道程序设计（Multi-programming）是指在计算机系统中同时存储多个程序，并通过CPU调度算法，实现多个程序并发执行的技术。其基本原理是利用CPU的等待时间来执行其他程序，从而提高系统的吞吐量和资源利用率。

多道程序设计的关键点包括：进程控制块（PCB）管理、进程切换、资源分配与共享等。通过合理的调度算法和资源管理，可以实现程序间的高效并发执行。

## 1.2 多道程序设计的优势和应用场景

多道程序设计的优势在于提高系统的吞吐量和资源利用率，缩短程序的响应时间，增加系统的并发性和可靠性。常见的应用场景包括操作系统、数据库管理系统、Web服务器等需要处理多个任务的系统。

## 1.3 多道程序设计的发展历程

多道程序设计起源于操作系统的发展，随着计算机技术的进步，各种调度算法不断涌现，从最早的先来先服务（FCFS）到最新的多级反馈队列调度算法，多道程序设计技术不断演进，以适应不同应用场景对系统性能的需求。

# 2. 作业调度算法

作业调度算法是操作系统中的重要组成部分，它可以有效地管理系统资源，提高系统的运行效率。在这一章节中，我们将介绍几种常见的作业调度算法及其原理、特点和适用场景。

### 2.1 先来先服务（FCFS）调度算法

先来先服务调度算法是最简单也是最常见的作业调度算法之一。它按照作业到达的顺序进行调度，在作业队列中，先到达的作业会首先被执行，直到执行完成后才能执行下一个作业。

#### Python代码示例：

def fcfs(processes, n):
    arrival_time = [0] * n
    completion_time = [0] * n

    for i in range(1, n):
        arrival_time[i] = arrival_time[i - 1] + processes[i - 1][1]

    for i in range(n):
        if arrival_time[i] > processes[i][0]:
            completion_time[i] = arrival_time[i] + processes[i][1]
        else:
            completion_time[i] = processes[i][0] + processes[i][1]

    return completion_time

# 测试数据
processes = [[1, 6], [2, 8], [3, 7], [4, 3]]
n = len(processes)
result = fcfs(processes, n)
print("作业完成时间：", result)

##### 代码总结：
- 使用先来先服务调度算法对作业进行调度
- 计算每个作业的完成时间
- 返回完成时间列表

##### 结果说明：
- 根据测试数据，作业的完成时间