用Java模拟实现进程调度算法
进程调度算法是在操作系统中用于管理和安排进程执行顺序的算法。有效的进程调度能够提高系统的响应时间和资源利用率。本文将介绍几种基本的进程调度算法，包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）和轮转调度（RR），并以 Java 代码示例进行模拟实现。
进程调度算法简介
-
**先来先服务（FCFS）**：
- 最简单的调度算法。
- 按照进程到达的顺序进行调度，相同的执行时间按顺序执行。
-
**短作业优先（SJF）**：
- 优先调度执行时间短的进程。
- 有利于提高系统吞吐量，但可能导致较长作业的“饥饿”现象。
-
**轮转调度（RR）**：
- 为每个进程分配一个固定的时间片，所有进程轮流执行。
- 适合时间共享系统，保证了每个进程都有机会执行。
流程图
我们可以用流程图来表示进程调度的基本流程，如下：
flowchart TD
A[开始] --> B{选择调度算法}
B -->|FCFS| C[执行FCFS调度]
B -->|SJF| D[执行SJF调度]
B -->|RR| E[执行RR调度]
C --> F[结束]
D --> F
E --> F
Java实现
接下来，我们来看看如何用 Java 实现这些调度算法。
1. 先来先服务（FCFS）
import java.util.*;
class Process {
int id; // 进程ID
int burstTime; // 进程运行时间
Process(int id, int burstTime) {
this.id = id;
this.burstTime = burstTime;
}
}
class FCFS {
List<Process> processes;
FCFS(List<Process> processes) {
this.processes = processes;
}
void schedule() {
int waitTime = 0;
int totalWaitTime = 0;
System.out.println("FCFS调度顺序:");
for (Process process : processes) {
System.out.println("Process ID: " + process.id + ", Wait Time: " + waitTime);
totalWaitTime += waitTime;
waitTime += process.burstTime;
}
System.out.println("平均等待时间: " + (totalWaitTime / processes.size()));
}
}
2. 短作业优先（SJF）
import java.util.*;
class SJF {
List<Process> processes;
SJF(List<Process> processes) {
this.processes = processes;
// 按照 burstTime 排序
this.processes.sort(Comparator.comparingInt(p -> p.burstTime));
}
void schedule() {
int waitTime = 0;
int totalWaitTime = 0;
System.out.println("SJF调度顺序:");
for (Process process : processes) {
System.out.println("Process ID: " + process.id + ", Wait Time: " + waitTime);
totalWaitTime += waitTime;
waitTime += process.burstTime;
}
System.out.println("平均等待时间: " + (totalWaitTime / processes.size()));
}
}
3. 轮转调度（RR）
class RR {
List<Process> processes;
int timeQuantum;
RR(List<Process> processes, int timeQuantum) {
this.processes = processes;
this.timeQuantum = timeQuantum;
}
void schedule() {
Queue<Process> queue = new LinkedList<>(processes);
int waitTime = 0;
System.out.println("RR调度顺序:");
while (!queue.isEmpty()) {
Process process = queue.poll();
int execTime = Math.min(process.burstTime, timeQuantum);
waitTime += (queue.size() > 0) ? execTime : 0; // 只有队列非空时才增加等待时间
if (process.burstTime > timeQuantum) {
process.burstTime -= timeQuantum;
queue.offer(process); // 重新进入队列
} else {
System.out.println("Process ID: " + process.id + ", Wait Time: " + waitTime);
}
}
System.out.println("总等待时间: " + waitTime);
System.out.println("平均等待时间: " + (waitTime / processes.size()));
}
}
使用示例
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Process> processes = new ArrayList<>();
processes.add(new Process(1, 10));
processes.add(new Process(2, 5));
processes.add(new Process(3, 3));
FCFS fcfs = new FCFS(processes);
SJF sjf = new SJF(processes);
RR rr = new RR(processes, 4);
fcfs.schedule();
sjf.schedule();
rr.schedule();
}
}
结论
本文介绍了三种基本的进程调度算法及其在 Java 中的实现。每种算法都有其特点和适用场景，选择适当的调度算法可以有效提升系统性能和响应速度。在实际应用中，操作系统通常会结合多种算法以满足不同的需求和条件。通过简单的代码实现，读者可以自己体验如何管理和调度进程，为深入理解操作系统打下基础。希望这篇文章能帮助你理解进程调度的基本概念和实现方式。
