实验二 作业调度模拟程序
专业：商业软件工程一班 姓名：容杰龙 学号：201406114157
一、目的和要求
1. 实验目的
（1）加深对作业调度算法的理解；
（2）进行程序设计的训练。
2．实验要求
用高级语言编写一个或多个作业调度的模拟程序。
单道批处理系统的作业调度程序。作业一投入运行，它就占有计算机的一切资源直到作业完成为止，因此调度作业时不必考虑它所需要的资源是否得到满足，它所运行的时间等因素。
作业调度算法：
1) 采用先来先服务（FCFS）调度算法，即按作业到达的先后次序进行调度。总是首先调度在系统中等待时间最长的作业。
2) 短作业优先 (SJF) 调度算法，优先调度要求运行时间最短的作业。
3) 响应比高者优先(HRRN)调度算法，为每个作业设置一个优先权(响应比)，调度之前先计算各作业的优先权，优先数高者优先调度。RP (响应比)＝ 作业周转时间 / 作业运行时间=1+作业等待时间/作业运行时间
每个作业由一个作业控制块JCB表示，JCB可以包含以下信息：作业名、提交（到达）时间、所需的运行时间、所需的资源、作业状态、链指针等等。
作业的状态可以是等待W（Wait）、运行R（Run）和完成F（Finish）三种之一。每个作业的最初状态都是等待W。
一、 模拟数据的生成
1． 允许用户指定作业的个数（2-24），默认值为5。
2． 允许用户选择输入每个作业的到达时间和所需运行时间。
3． （**）从文件中读入以上数据。
4． （**）也允许用户选择通过伪随机数指定每个作业的到达时间（0-30）和所需运行时间（1-8）。
二、 模拟程序的功能
1． 按照模拟数据的到达时间和所需运行时间，执行FCFS, SJF和HRRN调度算法，程序计算各作业的开始执行时间，各作业的完成时间，周转时间和带权周转时间（周转系数）。
2． 动态演示每调度一次，更新现在系统时刻，处于运行状态和等待各作业的相应信息（作业名、到达时间、所需的运行时间等）对于HRRN算法，能在每次调度时显示各作业的响应比R情况。
3． （**）允许用户在模拟过程中提交新作业。
4． （**）编写并调度一个多道程序系统的作业调度模拟程序。 只要求作业调度算法：采用基于先来先服务的调度算法。 对于多道程序系统，要假定系统中具有的各种资源及数量、调度作业时必须考虑到每个作业的资源要求。
三、 模拟数据结果分析
1． 对同一个模拟数据各算法的平均周转时间，周转系数比较。
2． （**）用曲线图或柱形图表示出以上数据，分析算法的优点和缺点。
四、 实验准备
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序号 |
准备内容 |
完成情况 |
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1 |
什么是作业？ |
作业是用户提交给操作系统计算的一个独立任务。 |
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2 |
一个作业具备什么信息？ |
作业由三部分组成，即程序、数据和作业说明书。一个作业可以包含多个程序和多个数据集，但必须至少包含一个程序。否则将不成为作业。 |
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3 |
为了方便模拟调度过程，作业使用什么方式的数据结构存放和表示？JCB |
单个作业使用结构体，多个作业使用队列。 |
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4 |
操作系统中，常用的作业调度算法有哪些？ |
先来先服务（FCFS）算法，最短作业优先 (SJF)算法，最短剩余时间优先算法，最高响应比优先(HRRN)算法，轮转法，多级反馈队列算法。 |
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5 |
如何编程实现作业调度算法？ |
分析各种调度算法，理解算法过程，利用先来先服务（FCFS）算法，最短作业优先 (SJF)算法编程实现 |
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6 |
模拟程序的输入如何设计更方便、结果输出如何呈现更好？ |
输入：读取文件的方式 输出：以二维表关系的形式输出 |
五、 其他要求
1． 完成报告书，内容完整，规格规范。
2． 实验须检查，回答实验相关问题。
注：带**号的条目表示选做内容。
二、实验内容
根据指定的实验课题，完成设计、编码和调试工作，完成实验报告。
三、实验环境
可以采用TC，也可以选用Windows下的利用各种控件较为方便的VB，VC等可视化环境。也可以自主选择其他实验环境。
四、实验原理及核心算法参考程序段
单道FCFS算法：
源代码：
1 #include<stdio.h> 2 #include<ctype.h> 3 #include<string.h> 4 #include<stdlib.h> 5 #include<time.h> 6 struct jcb 7 { 8 char name[10];//作业名 9 char status;//状态 10 int arrtime;//到达时间 11 int reqtime;//要求服务时间 12 int startime;//调度时间 13 int finitime;//完成时间 14 float waittime;//等待时间 15 float TAtime;//周转时间 16 float TAWtime;//带权周转时间 17 float rp;//响应比 18 int ip; 19 }job[24]; 20 void sort(struct jcb temp[24],int count) 21 { 22 int i,j; 23 struct jcb t; 24 for(i=0;i<count-1;i++) //按进程到达时间的先后排序 25 { //如果两个进程同时到达，按在屏幕先输入的先运行 26 for(j=i+1;j<count;j++) 27 { 28 if(temp[j].arrtime< temp[i].arrtime) 29 { 30 t=temp[j]; 31 temp[j]=temp[i]; 32 temp[i]=t; 33 } 34 35 } 36 } 37 38 } 39 void FCFS(struct jcb temp[24],int count)//先到先服务算法 40 { 41 int i=0; 42 float averageruntime=0; 43 float averageruntimerun=0; 44 sort(temp,count); 45 temp[i].startime =temp[i].arrtime; 46 temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ; 47 temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ; 48 temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime; 49 averageruntime=temp[i].TAtime; 50 averageruntimerun=temp[i].TAWtime; 51 for(i=1;i<count;i++) 52 { 53 temp[i].startime =temp[i-1].finitime ; 54 temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ; 55 temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ; 56 temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime; 57 averageruntime+=temp[i].TAtime; 58 averageruntimerun+=temp[i].TAWtime; 59 60 } 61 printf(" 作业名 到达时间 要求服务时间 调度时间 完成时间 周转时间 带权周转时间 "); 62 for(i=0;i<count;i++) 63 { 64 printf("N%d %s %d %d %d %d %f %f ",i+1,job[i].name ,job[i].arrtime ,job[i].reqtime,job[i].startime ,job[i].finitime ,job[i].TAtime ,job[i].TAWtime ); 65 } 66 printf("平均周转时间是：%f ",averageruntime/count); 67 printf("平均周转时间是：%f ",averageruntimerun/count); 68 69 70 } 71 72 void SJF(struct jcb temp[24],int count)//短作业优先算法 73 { 74 75 int i=0,j; 76 struct jcb t; 77 float averageruntime=0; 78 float averageruntimerun=0; 79 sort(temp,count); 80 temp[i].startime =temp[i].arrtime; 81 temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ; 82 temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ; 83 temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime; 84 averageruntime=temp[i].TAtime; 85 averageruntimerun=temp[i].TAWtime; 86 for(i=1;i<count-1;i++) 87 { 88 for(j=i+1;j<count;j++) 89 { 90 if(temp[j].reqtime< temp[i].reqtime) 91 { 92 t=temp[j]; 93 temp[j]=temp[i]; 94 temp[i]=t; 95 } 96 97 } 98 } 99 for(i=1;i<count;i++) 100 { 101 temp[i].startime =temp[i-1].finitime ; 102 temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ; 103 temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ; 104 temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime; 105 averageruntime+=temp[i].TAtime; 106 averageruntimerun+=temp[i].TAWtime; 107 108 109 } 110 printf(" 作业名 到达时间 要求服务时间 调度时间 完成时间 周转时间 带权周转时间 "); 111 for(i=0;i<count;i++) 112 { 113 printf("N%d %s %d %d %d %d %f %f ",i+1,job[i].name ,job[i].arrtime ,job[i].reqtime,job[i].startime ,job[i].finitime ,job[i].TAtime ,job[i].TAWtime ); 114 } 115 printf("平均周转时间是：%f ",averageruntime/count); 116 printf("平均周转时间是：%f ",averageruntimerun/count); 117 118 119 } 120 121 void HRRN(struct jcb temp[24],int count)//响应比高者优先算法 122 { 123 int i=0,j; 124 struct jcb t; 125 float averageruntime=0; 126 float averageruntimerun=0; 127 sort(temp,count); 128 temp[i].startime =temp[i].arrtime; 129 temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ; 130 temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ; 131 temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime; 132 temp[i].waittime=temp[i].startime-temp[i].arrtime; 133 134 temp[i].rp=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime; 135 averageruntime=temp[i].TAtime; 136 averageruntimerun=temp[i].TAWtime; 137 for(i=1;i<count;i++) 138 { 139 temp[i].startime =temp[i-1].finitime ; 140 temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ; 141 temp[i].waittime=temp[i].startime-temp[i].arrtime; 142 temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ; 143 temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime; 144 temp[i].rp=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime; 145 146 147 } 148 for(i=1;i<count-1;i++) 149 { 150 for(j=i+1;j<count;j++) 151 { 152 if(temp[j].rp< temp[i].rp) 153 { 154 t=temp[j]; 155 temp[j]=temp[i]; 156 temp[i]=t; 157 } 158 159 } 160 } 161 for(i=1;i<count;i++) 162 { 163 temp[i].startime =temp[i-1].finitime ; 164 temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ; 165 temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ; 166 temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime; 167 averageruntime+=temp[i].TAtime; 168 averageruntimerun+=temp[i].TAWtime; 169 170 171 } 172 printf(" 作业名 到达时间 要求服务时间 调度时间 完成时间 周转时间 带权周转时间 "); 173 for(i=0;i<count;i++) 174 { 175 printf("N%d %s %d %d %d %d %f %f ",i+1,job[i].name ,job[i].arrtime ,job[i].reqtime,job[i].startime ,job[i].finitime ,job[i].TAtime ,job[i].TAWtime ); 176 } 177 printf("平均周转时间是：%f ",averageruntime/count); 178 printf("平均周转时间是：%f ",averageruntimerun/count); 179 180 181 } 182 int ReadFile() 183 { 184 185 int i=0; 186 FILE *fp; //定义文件指针 187 fp=fopen("3.txt","r"); //打开文件 188 if(fp==NULL) 189 { 190 printf("File open error ! "); 191 exit(0); 192 } 193 printf(" id 作业到达时间 作业运行所需要时间 "); 194 while(!feof(fp)) 195 { 196 fscanf(fp,"%s%d%d",&job[i].name,&job[i].arrtime,&job[i].reqtime); //fscanf()函数将数据读入 197 printf(" %3s%12d%15d",job[i].name,job[i].arrtime,job[i].reqtime); //输出到屏幕 198 i++; 199 }; 200 201 if(fclose(fp)) //关闭文件 202 { 203 printf("Can not close the file ! "); 204 exit(0); 205 } 206 207 return i; 208 209 } 210 211 //伪随机数产生器 212 int Pseudo_random_number() 213 { 214 int i,n; 215 srand((unsigned)time(0)); //参数seed是rand()的种子，用来初始化rand()的起始值。 216 //输入作业数 217 n=rand()%23+5; 218 for(i=0; i<n; i++) 219 { 220 job[i].ip=i+1; 221 //作业到达时间 222 job[i].arrtime=rand()%29+1; 223 //作业运行时间 224 job[i].reqtime=rand()%7+1; 225 } 226 printf(" id 作业到达时间 作业运行所需要时间 "); 227 for(i=0; i<n; i++) 228 { 229 printf(" %3d%12d%15d",job[i].ip,job[i].arrtime,job[i].reqtime); 230 } 231 return n; 232 233 } 234 235 236 int main() 237 { 238 int i,count,select; 239 printf("************************************************** "); 240 printf("1、调用文本写入数据 "); 241 printf("2、调用伪随机数的产生数据 "); 242 printf("3、调用自己输入模拟数据 "); 243 printf("************************************************** "); 244 printf("请选择菜单项："); 245 scanf("%d",&select); 246 while(select<1||select>3) 247 { 248 printf("输入有误，请重新输入:"); 249 scanf("%d",&select); 250 } 251 if(select==1) 252 { 253 count=ReadFile(); 254 } 255 else if(select==2) 256 { 257 count=Pseudo_random_number(); 258 } 259 else if(select==3) 260 { 261 printf("请输入作业个数："); 262 scanf("%d",&count); 263 while(count<2&&count>24) 264 { 265 printf("输入有误，请重新输入:"); 266 scanf("%d",&count); 267 268 } 269 270 printf(" "); 271 for(i=0;i<count;i++) 272 { 273 printf("第%d个作业： ",i+1); 274 printf("输入作业名："); 275 scanf("%s",job[i].name); 276 printf("到达时间：" ); 277 scanf("%d",&job[i].arrtime); 278 printf("要求服务时间："); 279 scanf("%d",&job[i].reqtime ); 280 printf(" "); 281 } 282 printf("经按到达时间排序后，未达到队列是 "); 283 printf(" 作业名 到达时间 要求服务时间 "); 284 for(i=0;i<count;i++) 285 { 286 printf("N%d %s %d %d ",i+1,job[i].name ,job[i].arrtime ,job[i].reqtime); 287 } 288 289 } 290 while(1){ 291 printf(" ---------------请选择作业调度算法---------------- "); 292 printf("1:采用先来先服务 (FCFS) 调度算法 2:采用短作业优先 (SJF) 调度算法 3:采用响应比高者优先 (HRRN) 调度算法 0:退出算法调度"); 293 printf(" ************************************************** "); 294 printf("请选择菜单项："); 295 scanf("%d",&select); 296 while(select<0||select>3) 297 { 298 printf("输入有误，请重新输入:"); 299 scanf("%d",&select); 300 301 } 302 303 if(select==1) 304 { 305 printf("------先来先服务 (FCFS) 调度算法------ "); 306 FCFS(job,count); 307 308 } 309 else if(select==2) 310 { 311 printf("------短作业优先 (SJF)调度算法------ "); 312 SJF(job,count); 313 314 } 315 else if(select==3) 316 { 317 printf("------响应比高者优先 (HRRN)调度算法------ "); 318 HRRN(job,count); 319 320 } 321 else if(select==0) 322 exit(0); 323 } 324 325 return 0; 326 }
运行结果及分析：
与预期结果有一点偏差，应该是算法出现了一点问题
五、 实验总结
通过本次实验，加深了自己对作业调度算法的理解，加强了对程序设计的训练。虽然算法不是很懂，也出现了不少问题，可是凭借自己的毅力，也解决了一部分问题。因此，遇到困难不要选择逃避，而应该耐心地寻找解决问题的途径，逐一去完成任务。与此同时，编程能力也得到一定程度的提高。