门| GATE IT 2006 |问题11

介绍

GATE IT 2006是印度工程师学会（IEI）主办的全球应用技术试验（GATE）的一部分。这个问题是2006年计算机科学和信息技术领域的一部分。问题11是一道编程题目，需要使用编程语言实现一个基于多线程的程序，以实现一个任务调度器。

题目描述

在多任务处理的环境下，需要实现一个任务调度器。每个任务由一个实时时钟和一个任务执行时间戳组成。需要编写一个程序，将这些任务按照时间戳顺序调度至执行队列。

程序应该至少包含两个线程：一个线程负责从任务队列中读取任务，另一个线程负责将任务按照时间戳顺序调度至执行队列中。在执行队列中，每个任务应该按照时间戳从早到晚的顺序执行，并且应该记录每个任务的执行时间。

解答

import threading
import time

class Task:
    def __init__(self, timestamp, execution_time):
        self.timestamp = timestamp
        self.execution_time = execution_time

    def __lt__(self, other):
        return self.timestamp < other.timestamp

class TaskScheduler:
    def __init__(self):
        self.task_queue = []
        self.execute_queue = []
        self.lock = threading.Lock()
        self.read_task_thread = threading.Thread(target=self.read_task)
        self.schedule_task_thread = threading.Thread(target=self.schedule_task)

    def add_task(self, task):
        with self.lock:
            self.task_queue.append(task)
            self.task_queue.sort()

    def read_task(self):
        while True:
            if len(self.task_queue) > 0:
                with self.lock:
                    task = self.task_queue.pop(0)
                    self.execute_queue.append(task)
            time.sleep(1)

    def schedule_task(self):
        while True:
            if len(self.execute_queue) > 0:
                with self.lock:
                    task = self.execute_queue.pop(0)
                    execution_start_time = time.time()
                    time.sleep(task.execution_time)
                    execution_end_time = time.time()
                    print("Task with timestamp {} started at {} and took {} seconds to complete.".format(task.timestamp, execution_start_time, execution_end_time - execution_start_time))
            time.sleep(1)

    def start(self):
        self.read_task_thread.start()
        self.schedule_task_thread.start()

scheduler = TaskScheduler()
scheduler.start()

# Add tasks to the task queue
scheduler.add_task(Task(1, 5))
scheduler.add_task(Task(2, 3))
scheduler.add_task(Task(3, 1))

解答说明

这个问题可以使用任何编程语言来解决。本例使用Python来实现一个基于多线程的任务调度器。代码使用了Python的线程模块来实现多线程，并使用了Python的锁机制来保证多线程操作的安全性。

程序中定义了两个类：Task和TaskScheduler。Task类用来表示每一个任务，包括任务的时间戳和执行时间。TaskScheduler类使用一个任务队列和一个执行队列来实现任务的调度。其中，add_task方法将任务添加到任务队列中，并按照时间戳从早到晚排序；read_task方法从任务队列中读取任务，并将其添加至执行队列中；schedule_task方法从执行队列中读取任务，并在执行期间记录任务的执行时间。最后，start方法启动多线程，其中一个线程负责读取任务队列，另一个线程负责执行任务的调度。

代码实现了将多个任务按照时间戳排序，然后依次执行的功能。如果有新的任务添加到任务队列中，程序会根据时间戳重新排序，并将最早的任务加入到执行队列中。

参考链接

• Python threading module
• Python locks