CPU调度与管理

# 1. CPU调度的基本概念

## 1.1 CPU调度的定义
CPU调度是指操作系统中的一种机制，用于决定将CPU时间片分配给哪个进程或线程执行。它是操作系统中的重要组成部分，直接影响系统性能和资源利用率。

## 1.2 CPU调度的作用
CPU调度的主要作用是合理地分配和利用CPU资源，以满足不同进程或线程的执行需求。通过有效的调度算法，可以提高系统的响应速度、提升吞吐量、减少等待时间等。

## 1.3 CPU调度的分类与原则
CPU调度可以按照不同的分类标准进行划分，常见的分类包括非抢占式调度和抢占式调度、静态调度和动态调度、长期调度和短期调度等。在进行调度时，需要遵循一定的调度原则，如公平性、高效性、优先级等。

## 1.4 CPU调度算法的发展历程
CPU调度算法经历了长期的发展和演进。起初采用的是简单的先来先服务（FCFS）调度算法，后来发展出了最短作业优先（SJF）调度算法、优先级调度算法、时间片轮转调度算法等。随着计算机技术的发展和应用需求的变化，出现了多级反馈队列调度算法等更加复杂和灵活的算法。

以上是CPU调度的基本概念部分的内容。接下来，我们将继续讨论常见的CPU调度算法。

# 2. 常见的CPU调度算法

### 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和最基础的CPU调度算法之一。它按照进程的到达顺序分配CPU时间片，即先到达的进程先被执行，直到进程完成或者主动释放CPU。

先来先服务（FCFS）调度算法的实现

class FCFS_Scheduler:
    def __init__(self):
        self.queue = []

    def add_process(self, process):
        self.queue.append(process)

    def schedule(self):
        if not self.queue:
            return None

        process = self.queue.pop(0)
        return process

# 测试代码
if __name__ == "__main__":
    scheduler = FCFS_Scheduler()

    # 模拟进程
    process1 = {"name": "Process A", "burst_time": 5}
    process2 = {"name": "Process B", "burst_time": 2}
    process3 = {"name": "Process C", "burst_time": 7}

    scheduler.add_process(process1)
    scheduler.add_process(process2)
    scheduler.add_process(process3)

    while True:
        current_process = scheduler.schedule()

        if not current_process:
            break

        print(f"Running process: {current_process['name']}")
        # 模拟执行进程
        time.sleep(current_process['burst_time'])
        print(f"Process {current_process['name']} completed.")

**代码解析**：先来先服务调度算法的实现使用了一个简单的列表来存储待调度的进程，按照进程入队的顺序进行调度。在测试代码中，我们模拟了3个进程，并模拟了进程执行的时间，通过调用时间模块的`sleep`函数来模拟进程的执行。输出结果会显示每个进程被执行的顺序和执行完成的信息。

### 2.2 最短作业优先（SJF）调度算法

最短作业优先调度算法是根据进程的执行时间长度来进行调度的算法，即执行时间最短的进程优先被执行。

/**
 * 最短作业优先（SJF）调度算法的实现
 */

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.PriorityQueue;

class Process implements Comparable<Process> {
    private String name;
    private int burstTime;

    public Process(String name, int burstTime) {
        this.name = name;
        this.burstTime = burstTime;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getBurstTime() {
        return burstTime;
    }

    @Override
    public int compareTo(Process other) {
        return Integer.compare(this.burstTime, other.burstTime);
    }
}

public class SJF_Scheduler {
    private PriorityQueue<Process> queue;

    public SJF_Scheduler() {
        queue = new PriorityQueue<>();
    }

    public void addProcess(Process process) {
        queue.add(process);
    }

    public Process schedule() {
        return queue.poll();
    }

    public static void main(String[] args) {
        SJF_Scheduler scheduler = new SJF_Scheduler();

        // 模拟进程
        Process process1 = new Process("Process A", 5);
        Process process2 = new Process("Process B", 2);
        Process process3 = new Process("Process C", 7);

        scheduler.addProcess(process1);
        scheduler.addProcess(process2);
        scheduler.addProcess(process3);

        while (!scheduler.queue.isEmpty()) {
            Process currentProcess = scheduler.schedule();

            System.out.println("Running process: " + currentProcess.getName());
            // 模拟执行进程
            try {