C/C 编程如何实现处理机调度算法

C/C++编程实现处理机调度算法主要包括几种基本类型：先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度算法以及轮转调度算法（RR）。如以先来先服务（FCFS）算法为例，它基于作业到达顺序进行调度。首先到达的作业首先获得CPU。作业按到达时间顺序排列在队列中等待，CPU则按队列顺序执行作业，直到作业完成。在C/C++中，可以通过队列结构来模拟这一过程，进程信息存储在结构体中，包括作业ID、到达时间和服务时间等要素。每个作业根据其到达时间入队，CPU从队列头部按顺序取得作业执行。

一、先来先服务（FCFS）算法

在C/C++实现FCFS算法时，通常需要定义一个进程结构体来存储每个进程的基本信息，例如进程ID、到达时间、服务时间等。然后创建一个队列来保存所有进程，随后在一个循环中模拟CPU的处理过程。

typedef struct {
    int processID;
    int arrivalTime;
    int burstTime;
} Process;

对进程列表按到达时间排序是实现该算法的关键步骤。可以使用标准库函数qsort对进程数组进行排序。

int compare(const void *a, const void *b) {
    Process *processA = (Process *)a;
    Process *processB = (Process *)b;
    return processA->arrivalTime - processB->arrivalTime;
}

接下来使用一个循环来处理每个进程。在循环内部，计算等待时间和周转时间，并更新CPU的时间。

二、最短作业优先（SJF）算法

在SJF算法中，CPU总是选择剩余时间最短的进程进行处理。这需要维护一个动态的按服务时间排序的进程列表。新进程到来时，该列表需要更新以保持正确的顺序。

首先，定义一个进程结构体，然后写一个函数来找出当前可以执行的服务时间最短的进程。

Process findShortestJob(Process *processes, int n, int currentTime) {
    Process shortest = {0, 0, __INT_MAX__}; // 使用最大整数初始化
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        if (processes[i].arrivalTime <= currentTime &&
            processes[i].burstTime < shortest.burstTime) {
            shortest = processes[i];
        }
    }
    return shortest;
}

三、优先级调度算法

在优先级调度算法中，每个进程有一个优先级和服务时间。CPU总是优先执行最高优先级（或最低，取决于定义）的进程。与SJF类似，这种方法也需要维护一个动态的进程列表，并在新进程到达时更新它。

typedef struct {
    int processID;
    int arrivalTime;
    int burstTime;
    int priority;
} Process;
Process findHighestPriorityJob(Process *processes, int n, int currentTime) {
    Process highestPriority = {0, 0, __INT_MAX__, __INT_MAX__}; // 根据需要初始化
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        if (processes[i].arrivalTime <= currentTime &&
            processes[i].priority < highestPriority.priority) {
            highestPriority = processes[i];
        }
    }
    return highestPriority;
}

四、轮转调度算法（RR）

轮转调度算法是一种时间片轮转的方式，其中每个进程被分配一个时间段称之为时间片，而后按顺序执行。所有未处理完的进程都被放入队列等待下一次调度。

在C/C++中，可以通过链表或循环队列来实现这一机制。每个进程结构体需要一个额外的字段来记录剩余的服务时间。

typedef struct {
    int processID;
    int arrivalTime;
    int burstTime;
    int remAIningTime;
} Process;
void roundRobin(Process *processes, int n, int timeQuantum) {
    // 初始化进程队列和当前时间
    Queue queue = createQueue();
    int currentTime = 0;
    // 处理逻辑
    while (!isQueueEmpty(queue)) {
        Process current = dequeue(queue);
        if (current.remainingTime > timeQuantum) {
            currentTime += timeQuantum;
            current.remainingTime -= timeQuantum;
            // 将未完成处理的进程放回队列
            enqueue(queue, current);
        } else {
            currentTime += current.remainingTime;
            // 处理完成
        }
    }
}