C++实现CPU调度算法详解（从零开始掌握操作系统核心调度机制）

什么是CPU调度？

当多个进程同时请求使用CPU时，操作系统必须决定谁先执行、谁后执行。这个决策过程就叫CPU调度。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（RR）等。

今天，我们将重点讲解并用C++实现最基础也最重要的——先来先服务调度算法（First Come First Serve, FCFS）。

先来先服务（FCFS）调度算法原理

FCFS是最简单的调度策略：按照进程到达的先后顺序依次执行。就像银行排队一样，先来的客户先被服务。

优点：实现简单，公平。
缺点：可能导致“护航效应”（长作业阻塞短作业），平均等待时间较长。

C++实现FCFS调度算法

下面我们用C++编写一个简单的FCFS调度模拟程序。程序将输入若干个进程的到达时间和执行时间，然后计算每个进程的等待时间、周转时间，并输出平均等待时间。

// fcfs_scheduling.cpp#include <iostream>#include <vector>#include <iomanip>using namespace std;struct Process {    int id;    int arrival_time;    int burst_time;    int waiting_time;    int turnaround_time;};void fcfsScheduling(vector<Process>& processes) {    // 按照到达时间排序（假设输入已按时间顺序）    int current_time = 0;    double total_waiting = 0, total_turnaround = 0;    cout << "\n进程调度结果（FCFS）:\n";    cout << setw(5) << "PID"          << setw(12) << "到达时间"          << setw(12) << "执行时间"          << setw(12) << "等待时间"          << setw(14) << "周转时间" << endl;    for (auto& p : processes) {        // 如果当前时间小于进程到达时间，CPU空闲        if (current_time < p.arrival_time) {            current_time = p.arrival_time;        }        p.waiting_time = current_time - p.arrival_time;        p.turnaround_time = p.waiting_time + p.burst_time;        current_time += p.burst_time;        total_waiting += p.waiting_time;        total_turnaround += p.turnaround_time;        cout << setw(5) << p.id             << setw(12) << p.arrival_time             << setw(12) << p.burst_time             << setw(12) << p.waiting_time             << setw(14) << p.turnaround_time << endl;    }    double avg_waiting = total_waiting / processes.size();    double avg_turnaround = total_turnaround / processes.size();    cout << "\n平均等待时间: " << fixed << setprecision(2) << avg_waiting << endl;    cout << "平均周转时间: " << avg_turnaround << endl;}int main() {    int n;    cout << "请输入进程数量: ";    cin >> n;    vector<Process> processes(n);    for (int i = 0; i < n; ++i) {        processes[i].id = i + 1;        cout << "进程 " << processes[i].id << " 的到达时间和执行时间: ";        cin >> processes[i].arrival_time >> processes[i].burst_time;    }    fcfsScheduling(processes);    return 0;}

代码说明：

• Process 结构体存储每个进程的关键信息。
• 主函数读取用户输入的进程数量和每个进程的到达时间、执行时间。
• fcfsScheduling 函数模拟调度过程，计算等待时间和周转时间。
• 程序最后输出每个进程的调度结果及平均指标。

如何编译和运行？

将上述代码保存为 fcfs_scheduling.cpp，然后在终端执行：

g++ -o fcfs fcfs_scheduling.cpp./fcfs

输入示例：

请输入进程数量: 3进程 1 的到达时间和执行时间: 0 5进程 2 的到达时间和执行时间: 1 3进程 3 的到达时间和执行时间: 2 8

进阶学习建议

掌握了FCFS之后，你可以尝试实现其他更复杂的C++进程调度实现，例如：

• 最短作业优先（SJF）——总是选择执行时间最短的进程
• 优先级调度（Priority Scheduling）——根据优先级决定执行顺序
• 时间片轮转（Round Robin）——每个进程轮流执行固定时间片

这些算法在实际操作系统（如Linux、Windows）中都有应用，深入理解它们有助于你掌握操作系统调度的核心思想。

总结

本文通过一个完整的C++程序，带你从零实现了C++ CPU调度算法中最基础的FCFS策略。你不仅学会了如何建模进程、模拟调度过程，还掌握了关键性能指标（等待时间、周转时间）的计算方法。

希望这篇教程能为你打开操作系统世界的大门！动手实践是掌握知识的最佳方式，快去运行代码、修改参数、观察结果吧！

关键词回顾：C++ CPU调度算法、操作系统调度、C++进程调度实现、先来先服务调度算法。