门 | GATE-CS-2002 | 问题 20

这是一个有关计算机科学的问题，出现在 GATE-CS-2002 考试中的第 20 题。该问题涉及到进程调度算法和时间片轮转。

问题描述

给定一组进程和它们的到达时间和执行时间，以及一个时间片大小，需要实现一个时间片轮转调度算法，以确定每个进程的完成时间和返回时间。

算法思路

时间片轮转调度算法按照先来先服务的原则安排进程的执行顺序，每个进程被分配一个时间片，并按照轮转的方式执行。如果一个进程在时间片用尽之前没有完成，它会被暂停并切换到下一个进程。

以下是该算法的实现步骤：

1. 对进程按照到达时间进行排序，使用先来先服务的顺序。
2. 初始化一个队列，用于保存等待执行的进程。
3. 设置一个变量 time，用于记录当前的时间。
4. 从第一个进程开始，按照时间片大小执行每个进程。
5. 如果一个进程在时间片结束之前完成了，记录其完成时间为当前时间；否则，将其放回队列等待下一轮执行。
6. 继续执行下一个进程，直到所有进程都完成。
7. 计算每个进程的返回时间（完成时间减去到达时间）。

代码示例

以下是一个用于实现时间片轮转调度算法的代码示例，使用 Python 编程语言：

import collections

def time_slice_scheduling(processes, time_slice):
    # 按到达时间排序的进程队列
    queue = collections.deque(sorted(processes, key=lambda x: x['arrival_time']))
    
    # 记录进程的完成时间和返回时间
    completion_time = {}
    return_time = {}
    
    # 当前时间
    time = 0
    
    while queue:
        process = queue.popleft()
        
        if process['execution_time'] <= time_slice:
            # 进程能够在一个时间片内完成
            time += process['execution_time']
            completion_time[process['id']] = time
        else:
            # 进程执行一个时间片，放回队列等待下一轮执行
            time += time_slice
            process['execution_time'] -= time_slice
            queue.append(process)
    
    # 计算每个进程的返回时间
    for process in processes:
        return_time[process['id']] = completion_time[process['id']] - process['arrival_time']
    
    return completion_time, return_time

# 测试数据
processes = [
    {'id': 1, 'arrival_time': 0, 'execution_time': 6},
    {'id': 2, 'arrival_time': 1, 'execution_time': 4},
    {'id': 3, 'arrival_time': 2, 'execution_time': 8},
    {'id': 4, 'arrival_time': 3, 'execution_time': 1}
]

time_slice = 3

completion_time, return_time = time_slice_scheduling(processes, time_slice)

print("完成时间：", completion_time)
print("返回时间：", return_time)

代码示例中，我们首先定义了一个 time_slice_scheduling 函数，该函数接受一个进程列表和时间片大小作为参数，并返回完成时间和返回时间的字典。

在主程序中，我们定义了一个测试数据集 processes，然后调用 time_slice_scheduling 函数进行调度。最后打印出每个进程的完成时间和返回时间。

结论

时间片轮转调度算法是一种常用的进程调度算法，可以提高多道程序的并发性。通过使用该算法，可以根据时间片大小安排进程的执行顺序，并计算每个进程的完成时间和返回时间。这个问题将帮助程序员加深对进程调度算法的理解和应用。

请注意，以上示例仅用于演示目的，实际应用时可能需要考虑更多的细节和异常情况处理。