操作系统课程设计：进程调度算法探究

操作系统中的进程调度是确保系统资源公平分配和高效利用的关键机制。在本次课程设计中，学生将深入学习并实践两种常见的进程调度算法：先来先服务（FCFS）和最高优先权优先（HPF）调度算法。 1. **实验目的**： 实验旨在帮助学生深入理解进程的概念以及调度的重要性，通过编写和实现调度算法，增强编程能力，并对操作系统如何管理进程有更直观的认识。学生将在实验中了解到不同调度策略如何影响进程的执行顺序和系统性能。 2. **实验要求**： - 设计一个能够处理动态数量进程的调度系统。 - 实现FCFS和HPF两种调度算法。 - 显示进程的状态变化和调度过程，例如进程在就绪队列中的位置、执行状态等。 3. **算法介绍**： - **FCFS调度算法**： FCFS是最基础的调度策略，按照进程进入就绪队列的顺序进行分配。这种算法简单，但可能导致短进程等待时间过长，因为它不考虑进程执行时间的差异。例如，在表3-1中，短作业的周转时间相对较长，而长作业的周转时间较短，这表明FCFS可能不适用于需要快速响应的环境。 - **最高优先权优先调度算法**： HPF调度算法则是根据优先级分配CPU，优先级高的进程会优先执行。这种算法可以提高系统的响应时间，但需要解决优先级反转和饥饿问题。例如，高优先级进程可能会因为等待低优先级进程释放资源而被阻塞，导致系统效率下降。为了防止这种情况，通常需要设计优先级继承或抢占策略。 4. **其他常见调度算法**： 除了FCFS和HPF，还有其他一些调度算法，如： - **短作业优先（SJF）/短进程优先（SPF）**：优先执行预计运行时间最短的进程，有利于减少平均等待时间和周转时间，但可能导致长进程无限期等待。 - **时间片轮转（Round Robin, RR）**：将CPU时间划分为固定的时间片，每个进程执行一个时间片后切换到下一个进程，适合多用户交互系统，保证了响应时间。 - **多级反馈队列（Multi-Level Feedback Queue, MLFQ）**：结合了FCFS、SJF和RR，将就绪队列划分为多个层次，根据进程的性质和历史行为调整其优先级和队列。 在实际操作系统中，往往采用混合调度策略，结合多种算法的优点以优化整体性能。例如，Windows使用抢占式多任务调度，Linux则采用混合调度器，如CFS（Completely Fair Scheduler），兼顾了响应时间和效率。 通过这样的课程设计，学生不仅能掌握基本的调度算法，还能了解到调度决策对系统性能的影响，为理解和设计更复杂、高效的调度机制打下基础。