C语言实现FCFS、SJF、HRN作业调度算法

在计算机科学中，操作系统是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，负责对计算机系统的资源进行调度和分配。作业调度是操作系统中一个重要组成部分，它是对多个作业或进程进行管理的方式，以便高效地使用CPU和其他系统资源。在本实验作业中，我们将涉及到三种作业调度算法：先进先出（First-Come, First-Served, FCFS）、最短作业优先（Shortest Job First, SJF）和最高响应比优先（Highest Response Ratio Next, HRN）。 首先我们来探讨FCFS调度算法。FCFS是最简单的作业调度算法，按照作业到达的顺序进行调度。CPU处理作业的顺序与作业到达的顺序相同。这种算法实现起来非常简单，但由于它遵循“先到先得”的原则，可能会导致“饥饿”现象，即某些作业可能会由于不断有新的作业到达而长时间得不到服务。此外，FCFS对于短作业和长作业是公平的，但是会导致CPU利用率低。 SJF调度算法解决了FCFS的一些不公平性问题，它选择执行预计时间最短的作业。这种算法可以减少作业的平均等待时间和平均周转时间，从而提高CPU效率。但是，SJF可能导致长作业被长时间推迟执行，也有可能出现“饥饿”现象。SJF分为非抢占式和抢占式两种类型。非抢占式意味着一旦CPU开始执行一个作业，它将继续执行直到该作业完成。而抢占式SJF（也称为最短剩余时间优先，Shortest Remaining Time First, SRTF）则允许新的短作业抢占正在执行的作业。 HRN调度算法是一种综合了作业等待时间和作业服务时间的调度方法。它基于响应比这一概念，响应比计算公式为： ``` 响应比 = (等待时间 + 要求服务时间) / 要求服务时间 ``` HRN调度算法选择具有最高响应比的作业进行服务。这可以保证每个作业都有公平的机会获得CPU资源，同时避免了长作业和短作业之间的不公平现象。响应比考虑了作业等待时间，因此作业不会因为运行时间短而被频繁地推迟。HRN是FCFS和SJF的折中方案，它既考虑了作业的服务时间，又考虑了作业的等待时间。 在C语言版本的实验作业中，实现这些调度算法需要编写相应的程序逻辑。例如，可以使用队列来模拟作业的排队过程。对于FCFS，只需要按照作业到达的顺序排队和执行即可。对于SJF和HRN，需要维护一个优先级队列，以便能够根据作业的服务时间或响应比选取适当的作业进行调度。 在编写程序时，需要考虑以下几个方面： 1. 作业结构体的设计：通常需要定义一个结构体来描述作业，包括作业ID、到达时间、服务时间等属性。 2. 队列的实现：需要选择合适的数据结构来实现FCFS和HRN的队列，以及SJF的优先级队列。 3. 调度算法的实现：根据不同的调度算法编写相应的函数，用于选择下一个要执行的作业。 4. 算法测试和验证：编写测试用例，验证调度算法是否按照预期正确工作。 在上述描述的文件列表中，taskAttemper.CPP可能是某一个C++版本的测试程序，虽然文件扩展名表明这是一个C++文件，但该文件可能是用于验证调度算法的正确性。在C语言的实现中，我们可以忽略这个扩展名，因为C++兼容C语言的语法，但需要注意C++特有的特性，如类和对象。 总结来说，理解和实现作业调度算法是操作系统课程中的一个核心主题，涉及到对系统资源如CPU的有效管理。FCFS、SJF和HRN算法各有优缺点，适用于不同场景。在编程实践中，不仅要实现算法逻辑，还要考虑到程序设计的合理性和效率。通过该实验，学生可以更深入地理解操作系统中作业调度的工作原理和实际应用。