随着计算机应用越来越广泛和日益复杂，我们的计算机系统需要不断地对任务进行调度以提高基础设施的利用率和性能，此时就需要采取一些高效率的调度算法。本文将会介绍一种高效的调度算法 - 轮流调度算法(Round Robin)。开始我们的奇妙之旅吧！

1、轮流调度算法的基本原理

轮流调度算法(Round Robin Scheduling Algorithm)是一种用于处理CPU时间共享的调度算法，它是一种时间片轮转调度算法，是一种可以解决CPU时间片问题的最基本的算法。该算法可以保证每个任务公平地获得一定的CPU执行时间，防止其中一个任务独占CPU执行时间太长，从而导致其他任务无法得到执行。

轮流调度算法的基本原理是把进程按照先后顺序编排成一个队列，然后由系统分配给每个进程固定的时间片，每个进程被分配的时间片用完后，就会被系统挂起，等待下一次重新分配时间片。如果在进程的时间片用完之前，进程已经执行完毕，那么它将被从队列中删除。如果时间片用完时进程还没有执行完，那么它将被转移到队列的末尾，等待下一次空闲时间。

例如，假设我们有A、B、C、D四个进程需要运行，它们的时间片均为5个单位时间，并且排列顺序为ABCD。那么，调度器会按照如下顺序执行任务：

时间：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ...

进程：A B C D A B C D A B C D A B C D ...

可以看到，每个进程均获得了相等的执行时间，轮流交替，有效的利用了CPU资源。

2、轮流调度算法的优缺点

轮流调度算法是一种简单且公平的调度算法，它具有以下几个优点：

1. 保证公平性：该算法能够保证每个进程都能够获得一定的CPU时间，从而解决了某些进程占用CPU时间过长的问题。

2. 响应快速：当进程等待时间过长时，该算法能够有效地缩短等待时间，从而增强了响应速度。

3. 实现简单：该算法的实现非常简单，不需要过多的数据结构和算法知识。

但是相应的，轮流调度算法也存在一些缺点：

1. 安排进程时间片长度不当时，进程上下文切换频繁，从而导致CPU资源的浪费。

2. 当进程需要进行大量I/O操作时，轮流调度算法不能有效地利用CPU资源。

综上所述，轮流调度算法仅仅是响应快速以及公平性的保证，需要根据实际情况来选择合适的调度算法，因此各种调度算法并不是“万能”的，需要酌情选用。

3、 轮流调度算法在工业界的应用

轮流调度算法是一种被应用广泛的调度算法，它被广泛使用于操作系统、网络通信等领域。

比如我们熟悉的linux操作系统就采用了轮流调度算法来处理CPU资源的分配。在linux内核中，轮流调度算法被实现为CFS - 完全公平调度算法(Completely Fair Scheduler)。CFS通过实现时间平衡在进程之间平均分配CPU资源，从而保证了每个任务的公平性。

此外，轮流调度算法也被广泛应用于网络通信领域，例如在Internet路由器中，轮流调度算法可以用于分配传输网络上的带宽资源、排队缓冲等。

4、 轮流调度算法的实现

下面是一份轮流调度算法的实现代码：

```

#include

#include

#define N 4 // 进程数

#define quantum 5 // 时间片长度

#define MAXTIME 100 // 最大时间长度，每个进程能占用的最大时间片数量

// 进程结构体

struct PCB

{

char name[5]; // 进程名称

int serviceTime; // 执行时间

int startTime; // 进入队列时间

int finishTime; // 完成时间

int round; // 所有时间片运行之后的剩余时间片数量

} pcb[4] = { { "P1", 9 },{ "P2", 8 },{ "P3", 6 }, { "P4", 5 } };

// 轮流调度算法

void round_robin_scheduling()

{

int i;

int currentTime, finished;

int totalRound = 0; // 总时间片数量

int totalRunTime = 0; // 总运行时间

int queueHead = 0, queueEnd = 0; // 队列首尾的下标

struct PCB *queue[N]; // 进程的队列指针

// 初始化队列

for (i = 0; i < N; i++)

{

pcb[i].round = pcb[i].serviceTime;

}

// 模拟进程调度过程

currentTime = 0;

finished = N;

printf("\nProcessing sequence: ");

while (finished)

{

for (i = 0; i < N; i++)

{

// 进程执行完毕，跳过

if (pcb[i].round == 0)

continue;

// 将进程指针加入队列

if (pcb[i].startTime <= currentTime)

{

queue[queueEnd] = &pcb[i];

queueEnd = (queueEnd + 1) % N;

}

}

// 判断队列是否为空

if (queueHead == queueEnd)

{

currentTime++;

continue;

}

// 取出队列中的进程，执行时间片轮转调度算法

struct PCB *p = queue[queueHead];

queueHead = (queueHead + 1) % N;

if (p->round <= quantum)

{

totalRunTime += p->round;

currentTime += p->round;

p->round = 0;

p->finishTime = currentTime;

finished--;

printf("%s ", p->name);

}

else

{

totalRunTime += quantum;

currentTime += quantum;

p->round -= quantum;

// 将进程指针重新添加到队列末尾

queue[queueEnd] = p;

queueEnd = (queueEnd + 1) % N;

}

totalRound++;

// 当超过最大时间片数目时，强制退出循环

if (totalRound >= MAXTIME)

break;

}

// 计算平均等待时间

float avgWaitingTime = 0;

for (i = 0; i < N; i++)

{

avgWaitingTime += pcb[i].finishTime - pcb[i].serviceTime;

}

avgWaitingTime /= N;

// 输出结果

printf("\n\nAverage waiting time: %.2f", avgWaitingTime);

printf("\nTotal round: %d", totalRound);

printf("\nTotal runtime: %d\n", totalRunTime);

}

int main(int argc, char* argv[])

{

round_robin_scheduling();

return 0;

}

```

最后说一句：希望本文可以帮助大家更加深入的理解轮流调度算法，也希望大家在具体使用中灵活运用，选择最适合自己的调度算法，提高计算机系统的性能和利用率。