用Rust实现CPU调度算法（从零开始掌握操作系统核心机制）

什么是CPU调度算法？

CPU调度算法是操作系统内核的一部分，用于决定在多个就绪进程中选择哪一个来执行。常见的调度算法包括：

• 先来先服务（FCFS）
• 最短作业优先（SJF）
• 时间片轮转（Round Robin）
• 优先级调度（Priority Scheduling）

今天我们聚焦于最基础的FCFS算法，它按照进程到达的顺序依次执行。

准备工作：安装Rust

如果你还没有安装Rust，请访问 https://www.rust-lang.org/ 并按照说明安装。安装完成后，在终端运行以下命令验证：

rustc --versioncargo --version

步骤一：创建新项目

打开终端，运行以下命令创建一个新的Rust项目：

cargo new cpu_schedulercd cpu_scheduler

步骤二：定义进程结构

每个进程需要包含一些基本信息，比如进程ID、到达时间和执行时间。我们在 src/main.rs 中定义一个 Process 结构体：

#[derive(Debug, Clone)]struct Process {    id: u32,    arrival_time: u32,    burst_time: u32,}

步骤三：实现FCFS调度函数

FCFS算法非常简单：按进程到达时间排序，然后依次执行。我们编写一个函数来模拟这个过程，并计算平均等待时间和周转时间。

fn fcfs_scheduling(mut processes: Vec<Process>) {    // 按照到达时间排序    processes.sort_by_key(|p| p.arrival_time);    let mut current_time = 0;    let mut total_waiting_time = 0;    let mut total_turnaround_time = 0;    println!("{:<5} {:<12} {:<12} {:<12} {:<12}",              "PID", "Arrival", "Burst", "Waiting", "Turnaround");    for mut process in processes {        // 等待时间 = 当前时间 - 到达时间（如果当前时间小于到达时间，则等待时间为0）        let waiting_time = if current_time >= process.arrival_time {            current_time - process.arrival_time        } else {            current_time = process.arrival_time;            0        };        current_time += process.burst_time;        let turnaround_time = waiting_time + process.burst_time;        total_waiting_time += waiting_time;        total_turnaround_time += turnaround_time;        println!("{:<5} {:<12} {:<12} {:<12} {:<12}",                  process.id, process.arrival_time, process.burst_time,                  waiting_time, turnaround_time);    }    let n = processes.len() as f64;    println!("\nAverage Waiting Time: {:.2}", total_waiting_time as f64 / n);    println!("Average Turnaround Time: {:.2}", total_turnaround_time as f64 / n);}

步骤四：主函数中测试调度器

现在，我们在 main 函数中创建几个模拟进程并调用调度函数：

fn main() {    let processes = vec![        Process { id: 1, arrival_time: 0, burst_time: 5 },        Process { id: 2, arrival_time: 1, burst_time: 3 },        Process { id: 3, arrival_time: 2, burst_time: 8 },        Process { id: 4, arrival_time: 3, burst_time: 6 },    ];    println!("\n=== FCFS CPU Scheduling ===\n");    fcfs_scheduling(processes);}

步骤五：运行程序

保存文件后，在终端运行：

cargo run

你将看到类似以下的输出：

=== FCFS CPU Scheduling ===PID   Arrival      Burst        Waiting      Turnaround  1     0            5            0            5           2     1            3            4            7           3     2            8            5            13          4     3            6            13           19         Average Waiting Time: 5.50Average Turnaround Time: 11.00

总结

通过这个简单的例子，你已经用Rust语言实现了基础的CPU调度算法。这不仅帮助你理解了操作系统原理，也展示了Rust在系统编程中的强大能力。下一步，你可以尝试实现更复杂的调度算法，如时间片轮转或优先级调度。

记住，学习Rust编程教程和操作系统原理的最佳方式就是动手实践。希望这篇教程能成为你探索系统编程世界的起点！

继续编码，继续探索！