抢占式优先 CPU 调度程序

抢占式优先 CPU 调度程序是一种基于优先级的调度算法，其最大的特点是具有“抢占式”策略。在遇到高优先级进程时，它会主动剥夺当前进程的 CPU 资源，将其分配给优先级更高的进程，这样可以更快地响应紧急任务，提高系统的实时性和可靠性。

工作原理

抢占式优先 CPU 调度程序的工作原理可以分为如下几个步骤：

1. 每个进程都有一个优先级数值，该数值决定了进程被调度的顺序。数值越小的进程优先级越高，数值越大的进程优先级越低。
2. 当 CPU 空闲时，系统会选择优先级最高的进程去执行。
3. 当出现新的进程或高优先级进程时，系统会主动中断当前进程的执行，将 CPU 资源分配给更高优先级的进程。
4. 当进程执行时间达到一定时间片长度后，系统会主动中断该进程的执行，将 CPU 资源分配给优先级较高的其他进程。

优点和缺点

抢占式优先 CPU 调度程序的优点有：

• 及时响应紧急任务，提高系统的实时性和可靠性。
• 可以高效地利用 CPU 资源，提高系统的性能和吞吐量。
• 可以防止某些进程无限制地占用 CPU 资源，保证系统公平性和稳定性。

然而，该调度算法也存在一些缺点：

• 容易导致低优先级进程饥饿现象，长时间得不到 CPU 资源的分配。
• 容易导致进程频繁地被中断，增加了系统的上下文开销和系统调度的复杂度。
• 可能导致系统调度失序和死锁问题，增加系统的异常处理难度和复杂性。

适用场景

抢占式优先 CPU 调度程序适用于需要高实时性和高可靠性的系统，例如航空控制系统、医疗设备系统和军事指挥系统等。它还广泛应用于嵌入式系统、实时操作系统和分布式系统等领域。

示例代码

以下是抢占式优先 CPU 调度程序的示例代码：

while True:
    highest_priority_process = None
    for process in processes:
        if highest_priority_process is None or process.priority < highest_priority_process.priority:
            highest_priority_process = process
    execute_process(highest_priority_process)

    if new_process_arrive():
        add_new_process_to_the_list()

    if time_slice_expired():
        reschedule_processes()

其中，processes 是已经就绪的进程列表，priority 是每个进程的优先级数值，execute_process 是执行进程的函数，new_process_arrive 是检测是否有新进程到达的函数，add_new_process_to_the_list 是将新进程加入到进程列表中的函数，time_slice_expired 是检测时间片是否到期的函数，reschedule_processes 是重新调度进程的函数。