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# 进程调度算法实验
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## 实验目的
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1. 理解进程调度的基本概念和原理
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2. 掌握 FCFS、SJF、RR、优先级调度、MLFQ 等算法
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3. 通过模拟实验比较各算法的性能指标
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## 实验环境
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- Python 3.x
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## 文件结构
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```
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experiment/
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├── README.md # 实验文档
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└── code/ # 代码目录
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├── base.py # 基础类：Process, ProcessScheduler
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├── main.py # 主程序入口
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├── fcfs.py # 先来先服务调度
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├── sjf.py # 短作业优先调度 (含 SRTF)
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├── rr.py # 时间片轮转调度
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├── priority.py # 优先级调度
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└── mlfq.py # 多级反馈队列调度
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## 性能指标
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设进程 $P_i$ 的到达时间为 $AT_i$，服务时间为 $BT_i$：
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$$
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\text{周转时间} = CT_i - AT_i
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$$
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\text{等待时间} = WT_i = TAT_i - BT_i
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$$
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\text{响应时间} = RT_i = \text{首次运行时间} - AT_i
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$$
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## 算法公式
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### FCFS 周转时间
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TAT_i = \sum_{j=1}^{i} BT_j - AT_i \quad (AT_i \leq AT_{i+1})
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$$
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### SJF 平均等待时间最小化
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\min \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} WT_i
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$$
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### RR 吞吐量
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$$
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\text{吞吐量} = \frac{n}{T_{\text{总}}} \quad \text{其中 } T_{\text{总}} = CT_{\text{max}} - AT_{\text{min}}
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$$
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## 运行方式
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```bash
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cd code
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# 使用演示数据（5个进程）
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python main.py --demo
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# 生成随机测试数据（默认5个进程，种子42）
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python main.py
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# 生成100个随机进程
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python main.py -n 100
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# 固定种子，生成1000个进程（可复现）
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python main.py -n 1000 -s 42
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# 自定义参数范围
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python main.py -n 50 --arrival 0,100 --burst 5,50 --priority 1,5
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# 运行指定算法
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python main.py -n 20 -a FCFS,SJF,RR
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# 每次运行使用不同随机数据
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python main.py -n 20 -s -1
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```
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### 命令行参数说明
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| 参数 | 说明 | 默认值 |
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|------|------|--------|
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| `-n, --num` | 进程数量 | 5 |
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| `-s, --seed` | 随机种子 | 42（固定） |
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| `-a, --algo` | 运行的算法 | 全部 |
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| `--demo` | 使用预设演示数据 | False |
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| `--arrival` | 到达时间范围 | 0,50 |
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| `--burst` | 服务时间范围 | 1,20 |
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| `--priority` | 优先级范围 | 1,10 |
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### 预设演示数据
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| PID | 到达时间 | 服务时间 | 优先级 |
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|-----|----------|----------|--------|
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| P1 | 0 | 7 | 3 |
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| P2 | 2 | 4 | 1 |
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| P3 | 4 | 1 | 4 |
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| P4 | 5 | 4 | 2 |
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| P5 | 6 | 2 | 3 |
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## 思考题
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1. 分析 FCFS 和 SJF 各自的优缺点
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2. 为什么说 SJF 可以获得最短的平均等待时间？
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3. RR 算法中，时间片大小对系统性能有何影响？
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4. 多级反馈队列如何解决"长作业饥饿"问题？
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5. 如何证明某种调度算法是最优的？
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## 参考资料
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- 操作系统概念（Abraham Silberschatz）
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- 现代操作系统（Andrew S. Tanenbaum）
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