先来先服务、短作业优先算法 多线程操作系统实践报告

### 先来先服务、短作业优先算法在多线程操作系统中的应用 #### 一、基础知识概述 在探讨具体的实验内容之前，我们首先简要回顾一下先来先服务（First-Come, First-Served, FCFS）算法和短作业优先（Shortest Job First, SJF）算法的基本概念。 **先来先服务算法**是一种简单的调度算法，其基本原则是按照作业或进程到达的先后顺序来进行调度。这种算法的优点在于实现简单，且对所有用户公平。但是，如果系统中有大量的短作业，则长作业可能会被长时间延迟，导致整体响应时间增加。 **短作业优先算法**则根据作业或进程的运行时间来决定调度顺序，运行时间短的作业或进程优先执行。这种算法能够有效地减少系统的平均等待时间和平均周转时间，但可能导致长作业的响应时间变长。 #### 二、实验内容详解 本实验主要围绕先来先服务算法和短作业优先算法进行，旨在通过实际编程加深对这两种算法的理解，并通过多线程技术进一步扩展实验内容。 ##### 2.1 实验准备 实验开始前，学生需要熟悉所使用的开发环境及程序设计语言。在这个阶段，重点是确保对编程工具的熟练掌握，为后续的设计和编码工作奠定基础。 ##### 2.2 进程调度算法实现 本实验的核心内容是实现进程调度算法。具体来说，包括以下几个步骤： - **定义作业控制块（JCB）**: 每个作业通过一个JCB结构来表示，其中包含作业的基本信息，如作业名、到达时间、服务时间等。 - **输入数据**: 用户通过界面或命令行输入各个作业的相关信息。 - **排序**: 对作业按照不同的算法进行排序，以先来先服务算法为例，需要按照作业的到达时间进行排序。 - **调度**: 根据选定的算法（本实验为FCFS和SJF），执行作业调度逻辑。 - **输出结果**: 展示调度过程中的关键信息，如作业的状态变化、完成时间等。 ##### 2.3 多线程程序设计 除了实现基本的调度算法外，实验还涉及多线程程序设计。这一步骤的目标是让学生理解现代操作系统中线程的管理和调度机制。具体操作包括： - **创建线程**: 使用编程语言提供的多线程支持来创建线程。 - **线程同步**: 设计合适的同步机制，保证线程之间的正确交互。 - **调度策略**: 在多线程环境中实现FCFS或SJF算法，观察不同调度策略下的性能差异。 ##### 2.4 银行家算法 此外，实验还包括编写银行家算法程序，这是一种避免死锁的经典算法。该算法通过对系统资源的请求和释放进行动态检测，来预防死锁的发生。通过这一部分的学习，学生可以深入了解资源管理和避免死锁的机制。 ##### 2.5 存储器管理 为了加深对存储器管理的理解，实验要求模拟主存的分配和回收。具体包括： - **可变分区算法**: 实现一种或多种子算法，如首次适应法、最佳适应法等。 - **虚拟存储管理**: 模拟虚拟存储器中的缺页中断及页面置换算法。 ##### 2.6 综合集成 实验要求将以上各项内容综合集成，开发出一个小型虚拟操作系统。这不仅需要整合所有单独的功能模块，还需要考虑如何提高系统的整体性能和稳定性。 #### 三、实验总结与心得 通过本次实验，学生不仅掌握了先来先服务算法和短作业优先算法的基本原理和实现方法，还深入了解了多线程编程、银行家算法、存储器管理等多个操作系统的关键技术。实验过程中遇到的问题和挑战有助于培养解决问题的能力，同时也为后续更高级别的操作系统学习奠定了坚实的基础。