在开始之前，推荐大家阅读一篇文章《从零开始学习Python基础语法：打开编程大门的钥匙》https://cloud.tencent.com/developer/article/2471283，该文章介绍了 Python 基础语法，包括数据类型、控制流、函数等，并以待办事项管理器为例实践，有兴趣的朋友可以去了解下。
引言在现代操作系统中，进程调度算法起着至关重要的作用。它负责决定在某个特定时刻，哪个进程能够获得 CPU 资源并执行，合理的进程调度算法可以有效提高系统的资源利用率、响应速度以及整体性能。本文将对几种常见的进程调度算法进行详细介绍。
一、先来先服务调度算法（First-Come, First-Served，FCFS）1. 基本原理FCFS 是一种最简单的进程调度算法，它遵循 “先到先服务” 的原则。按照进程到达就绪队列的先后顺序依次分配 CPU 资源，即最先进入就绪队列的进程最先获得 CPU 执行权，直到该进程完成或者因等待某个事件（如 I/O 操作）而主动让出 CPU 为止。
2. 示例假设有三个进程 P1、P2、P3，它们到达就绪队列的时间分别为 0 时刻、1 时刻、3 时刻，它们各自所需的 CPU 执行时间分别为 5 个时间单位、3 个时间单位、2 个时间单位。按照 FCFS 算法，首先调度 P1 执行，执行 5 个时间单位后，P1 结束，然后调度 P2 执行 3 个时间单位，最后调度 P3 执行 2 个时间单位。
3. 优缺点优点：实现简单，易于理解，公平对待每一个先到达的进程。缺点：对短作业不利，若长作业先到达，后面的短作业需要等待很长时间才能执行，可能导致平均周转时间较长，系统整体性能不高。二、短作业优先调度算法（Shortest Job First，SJF）1. 基本原理SJF 算法以作业（进程）预计执行时间的长短为依据进行调度。优先选择预计执行时间最短的作业（进程）分配 CPU 资源，目的是使系统的平均周转时间尽可能短，提高系统的吞吐量。
2. 示例假设有四个进程 P1、P2、P3、P4，它们的预计执行时间分别为 8 个时间单位、4 个时间单位、2 个时间单位、5 个时间单位。如果按照 SJF 算法，首先调度执行时间最短的 P3，然后是 P2，接着是 P4，最后是 P1。
3. 优缺点优点：能有效降低平均周转时间，提高系统吞吐量，对于短作业来说，可以较快地得到执行，充分利用系统资源。缺点：需要提前知道作业的执行时间，在实际系统中往往很难准确预估；对长作业不利，长作业可能会长时间处于等待状态，出现 “饥饿” 现象，即一直得不到 CPU 资源而无法执行。三、优先级调度算法（Priority Scheduling）1. 基本原理每个进程都被赋予一个优先级，优先级高的进程优先获得 CPU 资源进行执行。优先级的设定可以根据不同的因素，比如进程的重要性、紧迫程度等。可以是静态优先级（在进程创建时就确定好，并且在整个生命周期内保持不变），也可以是动态优先级（在进程运行过程中根据某些条件动态调整优先级）。
2. 示例假设有进程 P1、P2、P3，它们的优先级分别为 3（最高优先级为 5）、2、4，按照优先级调度算法，会先调度 P3 执行，当其执行完毕或者主动让出 CPU 后，再根据剩余进程的优先级决定下一个执行的进程。
3. 优缺点优点：可以灵活地根据进程的重要性等因素来分配 CPU 资源，适用于对实时性要求较高的系统，比如实时控制系统等。缺点：同样可能出现 “饥饿” 现象，如果源源不断有高优先级的进程进入就绪队列，低优先级的进程可能永远无法获得 CPU 执行；另外，如何合理地确定优先级是一个较复杂的问题。四、时间片轮转调度算法（Round Robin，RR）1. 基本原理将 CPU 时间划分成固定大小的时间片（例如 10 毫秒、20 毫秒等），每个就绪进程轮流获得一个时间片在 CPU 上执行。当一个进程的时间片用完后，无论其是否执行完毕，都要让出 CPU，排到就绪队列末尾等待下一轮调度，如此循环往复，保证每个就绪进程都能在一定时间内获得 CPU 资源。
2. 示例假设有三个进程 P1、P2、P3 在就绪队列中，时间片设定为 5 个时间单位。首先调度 P1 执行 5 个时间单位，时间片用完后 P1 排到就绪队列末尾，接着调度 P2 执行 5 个时间单位，再调度 P3 执行 5 个时间单位，如此循环，直到所有进程都执行完毕。
3. 优缺点优点：对所有进程公平对待，每个进程都能获得 CPU 资源，响应时间比较快，适用于分时操作系统，能让多个用户感觉自己独占 CPU。缺点：频繁的进程切换会增加系统开销，因为每次切换都需要保存和恢复进程的上下文信息；如果时间片设置不合理，例如时间片过大，就类似于 FCFS 算法，时间片过小则会导致过多的切换开销，影响系统效率。五、多级反馈队列调度算法（Multilevel Feedback Queue，MLFQ）1. 基本原理这是一种综合了多种调度算法特点的复杂调度算法。它设置多个就绪队列，每个队列有不同的优先级，优先级越高的队列时间片越小。新创建的进程首先进入最高优先级的队列，按照时间片轮转的方式执行，如果一个进程在规定时间片内没有执行完，就会被移到下一级优先级更低、时间片更大的队列中继续执行，如此类推，并且进程可以根据一定情况动态调整在不同队列间的位置，从而实现对不同类型进程（如短作业、长作业、交互式进程等）的合理调度。
2. 示例假设有三个多级反馈队列 Q1、Q2、Q3，优先级依次递减，Q1 的时间片为 2 个时间单位，Q2 的时间片为 5 个时间单位，Q3 的时间片为 10 个时间单位。新进程 P1 进入 Q1，执行 2 个时间单位后没执行完，就被移到 Q2 继续执行，若在 Q2 中执行 5 个时间单位还没结束，再被移到 Q3 执行。
3. 优缺点优点：融合了多种调度算法的优点，既能照顾到短作业快速执行，又能保证长作业最终也能得到足够的 CPU 时间，对交互式进程也有较好的响应，具有较好的适应性和灵活性。缺点：算法相对复杂，实现起来难度较大，参数（如各队列的优先级、时间片大小等）的合理设置需要根据具体系统进行大量调试和优化。总结综上所述，不同的进程调度算法各有其适用场景和优缺点，操作系统往往会根据自身的设计目标（如面向实时性、面向多用户分时等）以及硬件资源等因素综合考虑，选择合适的调度算法或者结合多种调度算法来提高系统的整体性能，满足用户的不同需求。