通过设计先来先服务调度算法、短作业优先调度算法和高响应比调度算法，模拟多个进程调度方式，进一步理解先来先服务和短作业优先调度算法的实质，掌握周转时间、带权周转时间以及动态优先级等基本概念，并对三种算法的特点有清晰的了解。
要求学生选择一种熟悉的高级语言，完成调度算法设计。提交编译链接成功的源代码文件和可执行的EXE文件以及相应的设计文档，并检查实际运行结果。
### 操作系统调度算法设计相关知识点
#### 实验目的与背景
本次实验旨在通过实践操作，帮助学生深入了解和掌握操作系统的三大核心调度算法——先来先服务（First-Come First-Served, FCFS）、短作业优先（Shortest Job First, SJF）以及高响应比调度（Highest Response Ratio Next, HRRN）。通过设计这些算法并模拟多个进程的调度过程，学生可以更直观地理解这些算法的工作原理、优缺点以及适用场景。
#### 相关知识点详解
**1. 调度算法的基本准则**
- **周转时间**: 定义为从进程进入就绪队列到其运行完毕的时间差。它是衡量进程调度效率的一个重要指标。
- **平均周转时间**: 所有进程的周转时间之和除以进程总数，用于评估调度策略的整体性能。
- **带权周转时间**: 考虑了进程所需服务时间的周转时间，通常定义为周转时间除以服务时间。
- **动态优先级**: 随着时间推移而变化的优先级设置方法，可以用来优化调度策略，提高响应速度。
**2. 先来先服务调度算法（FCFS）**
- **定义**: 按照进程到达的先后顺序进行调度。
- **优点**:
- 实现简单，易于理解和编程。
- 对于所有类型的进程都相对公平。
- **缺点**:
- 长进程可能会导致短进程等待过久。
- 不利于交互式应用，因为用户可能无法接受长时间的响应延迟。
**3. 短作业优先调度算法（SJF）**
- **定义**: 优先调度服务时间最短的进程。
- **优点**:
- 可以显著减少系统的平均周转时间。
- 提高了资源利用率，减少了等待时间。
- **缺点**:
- 实现较为复杂，需要预测进程的服务时间。
- 可能会导致“饥饿”现象，即某些长作业一直得不到调度。
**4. 高响应比调度算法（HRRN）**
- **定义**: 通过计算响应比（(等待时间 + 服务时间) / 服务时间）来决定哪个进程获得CPU。
- **优点**:
- 结合了FCFS和SJF的优点，既考虑了等待时间也考虑了服务时间。
- 动态调整优先级，更加公平合理。
- **特点**:
- 在长作业和短作业之间达到了较好的平衡。
#### 数据结构与接口设计
1. **作业描述**:
- **struTask**: 包含作业到达时间、要求服务时间、开始运行时间、结束运行时间、周转时间、带权周转时间等信息。
2. **作业队列**:
- **arrayTask**: 使用数组存储等待调度的任务，每个元素都是一个`struTask`实例。
3. **接口设计**:
- **GetTask()**: 接收输入的作业信息，并填充到相应的`struTask`结构中。
- **GetNextTask()**: 根据不同的调度算法，返回下一个要运行的任务序号。
- **RunTask()**: 运行当前任务，并更新相关的数据结构。
- **PrintResult()**: 输出单个任务的运行结果。
#### 思考题解析
1. **先来先服务调度算法（FCFS）**:
- **优点**: 实现简单，适用于大多数情况。
- **缺点**: 长进程可能引起短进程的延迟。
2. **短作业优先调度算法（SJF）**:
- **优点**: 减少了系统的平均周转时间。
- **缺点**: 实现复杂，可能导致长作业等待时间过长。
3. **高响应比调度算法（HRRN）**:
- **优点**: 结合了FCFS和SJF的优点，提高了调度的灵活性和公平性。
- **特点**: 通过动态调整优先级，较好地平衡了长作业和短作业的需求。
#### 实验报告撰写要点
- **实验设计**: 详细描述如何设计数据结构和接口。
- **实验实现**: 展示源代码实现细节。
- **问题分析**: 讨论实验过程中遇到的问题及其解决方案。
- **实验结论**: 分析三种算法的特点和适用场景。
- **报告组织**: 报告应逻辑清晰，内容全面。
通过本实验，学生不仅能掌握核心调度算法的设计与实现，还能加深对操作系统原理的理解，为后续的学习打下坚实的基础。
