操作系统模拟实验：单处理机系统的进程调度（实验要求、代码及实验报告）

操作系统是计算机系统的核心组成部分，它负责管理系统的硬件资源和软件服务，其中进程调度是操作系统中最基本也是最关键的任务之一。在单处理机系统中，由于只有一个CPU可供执行任务，因此必须采取有效的调度策略来决定哪个进程应该获得CPU的使用权。本实验旨在通过模拟实践帮助初学者深入理解这一过程。 实验要求主要包括以下几个方面： 1. **理解进程概念**：首先要明白，进程是程序在内存中的执行实例，每个进程都有自己的独立内存空间，包括代码、数据、堆和栈等。 2. **进程状态转换**：进程在生命周期中可以经历新建、就绪、运行、等待和结束这五种状态，了解这些状态之间的转换关系是实现调度的基础。 3. **调度算法设计**：常见的调度算法有先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、时间片轮转(RR)等。实验中可以选择一种或多种算法进行实现。 4. **实现调度器**：编写代码模拟进程调度器的工作，当新的进程被创建或者当前进程完成时，调度器应选择下一个合适的进程执行。 5. **性能指标分析**：衡量调度性能的主要指标有周转时间、响应时间、平均等待时间和CPU利用率等。实验报告中需对所选算法的这些指标进行计算和比较。 6. **代码结构与设计**：良好的代码结构能帮助理解和调试，应该包含进程管理模块、时间管理模块以及调度策略模块。 在实际编码过程中，可以采用伪随机数生成器来模拟进程的到达和完成时间，通过循环结构来模拟时间的推进，同时维护一个就绪队列和一个运行队列。在每次迭代中，调度器会根据选择的调度算法决定下一个执行的进程。 实验报告应包含以下内容： 1. **实验目的**：明确实验的主要目标，如掌握进程调度的基本原理，理解不同调度算法的优缺点。 2. **算法实现**：详细介绍所采用的调度算法，如何处理进程的创建、调度和销毁。 3. **实验步骤**：详述实验的具体操作，包括代码编写、编译、运行和结果观察。 4. **结果分析**：对比不同调度策略下的性能指标，讨论其差异和原因。 5. **问题与反思**：分析实验过程中遇到的问题，以及解决问题的方法和经验总结。 6. **改进方案**：提出可能的优化方向，如引入优先级调度，或者结合多种调度策略。 通过这个模拟实验，不仅可以深化对操作系统进程调度的理解，还能锻炼编程能力和问题解决能力。希望你在参考他人的代码后，能够进一步思考和优化，提升自己的技术水平。