进程调度

一个 CPU 只能同时运行一个进程，就绪进程却可能有多个。调度器在决策点选出下一个运行者。本课让同一组四个进程分别使用 FCFS、SJF、Round Robin，直接比较甘特图和等待时间。

如同一个收银台面对不同大小的购物车：可按到达顺序服务、优先小车，或每人处理固定数量后排回队尾。任务相同，排队规则改变体验。

进程调度如何工作

就绪队列保存已到达且等待 CPU 的进程；CPU 每次执行一个；甘特图记录每段时间由谁占用。调度策略决定派发时谁离开队列。

FCFS（先来先服务）取队首，按到达顺序执行完本次 CPU burst，不抢占。

SJF（短作业优先）从已就绪进程中选 burst 最短者。本课是非抢占式：长任务开始后，新到短任务不会夺走 CPU；长度相同优先较早到达者。

Round Robin（时间片轮转）取队首，最多运行一个时间片。默认 quantum=2，滑块范围 1–4。剩余工作在片内做完就结束，否则抢占并排回队尾。片内到达者及边界时到达者先入队，被抢占者随后入队。

周转时间为完成时刻减到达时刻。等待时间为周转减 burst，本课没有阻塞 I/O，所以这部分都是就绪等待。

固定输入：P1 在 t=0 到达、burst=5；P2 在 t=1、burst=3；P3 在 t=2、burst=1；P4 在 t=3、burst=2。长任务先来，三个短任务随后到达。

逐步演示

默认 FCFS：

1. t=0 只有 P1，就运行 [0,5]。P2、P3、P4 在 t=1、2、3 到达并排队。P1 在 5 完成，周转 5−0=5，等待 5−5=0。
2. P2 运行 [5,8]，周转 8−1=7，等待 7−3=4。
3. P3 运行 [8,9]，周转 7，等待 6，只做一单位工作却等六单位。
4. P4 运行 [9,11]，周转 8，等待 6。

甘特图为 P1[0,5] P2[5,8] P3[8,9] P4[9,11]。平均等待 (0+4+6+6)/4=4.00，平均周转 (5+7+7+8)/4=6.75。短任务被长 burst 挡住，是队列中的护航效应。

切到 SJF，P1 已开始，仍先运行到 5。此时就绪任务长度为 P2=3、P3=1、P4=2，按短到长执行：P1[0,5] P3[5,6] P4[6,8] P2[8,11]。P3、P4 各等 3，P2 等 7，平均等待 3.25，平均周转 6.00。

Round Robin、quantum=2 的七个片段为：P1[0,2] P2[2,4] P3[4,5] P1[5,7] P4[7,9] P2[9,10] P1[10,11]。

t=2 时 P3 恰好到达，先于被抢占的 P1 入队。P3 在 5 完成、等 2；P4 在 9 完成、等 4；P2 在 10 完成、等 6；P1 分三次运行，在 11 完成、等 6。平均等待 4.50，平均周转 7.25，但四个进程在 t=7 时都已获得首次 CPU 服务。

同一进程在队列、CPU 和甘特图中保持颜色。等待计数在排队时增长，轮转时 CPU 框下的时间片条随本片已用时间增长，填满即被抢占。

如何比较策略

本输入 SJF 平均值最好。所有作业同时可用、长度已知时，非抢占的短到长顺序能最小化平均等待；有交错到达时，不能直接把这一证明套到每个贪心 SJF 日程。真实系统还必须估计 burst，短任务持续到来可能饿死长任务。

轮转在此例平均值最差，却让就绪任务轮流获得服务。有限队列、有限时间片且调度继续前进时，可以限制每轮等待，不需要预知 burst。交互系统重视首次响应与公平性，实际策略还会加入优先级等规则。FCFS 按到达顺序公平，但长 burst 会挡住后面的短任务。

边界情况

• 队列空、还有未来到达者时，时钟前进到下次到达，甘特图绘制空闲段。默认输入无空闲。
• 剩余工作恰等于时间片时，本片结束即完成，不再抢占回队。
• 到达与时间片结束同刻时，本课先入队新进程，再放回被抢占者。不同教材可能采用不同约定。
• SJF 长度相同，较早到达者优先。

常见错误

• 混淆等待与周转。FCFS 中 P3 周转 7、等待 6，差值是 burst=1。
• 认为 SJF 普遍最好。此处平均值更低，但最优证明有同时可用等条件，还需预知长度并面对饥饿。
• 认为时间片越小越好。片长 1 会增加切换次数。本模型切换免费，真实系统需付切换和缓存等成本，响应收益要与开销权衡。

模型范围

单 CPU、CPU 密集型作业、已知 burst、零切换成本，让派发规则可见。生产系统还有真实切换开销、burst 估计、多级反馈队列、优先级与老化、每核负载均衡。本课不把简化策略直接当成生产调度器。