实验三进程调度模拟程序
专业：商软一班 姓名：容杰龙 学号：201406114157
一. 目的和要求
1.1. 实验目的
用高级语言完成一个进程调度程序，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解。
1.2. 实验要求
1.2.1例题：设计一个有 N个进程并发执行的进程调度模拟程序。
进程调度算法：采用最高优先级优先的调度算法（即把处理机分配给优先级最高的进程）和先来先服务（若优先级相同）算法。
(1). 每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块包含如下信息：进程名、优先级、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。
(2). 进程的优先级及需要的运行时间可以事先人为地指定，进程的运行时间以时间片为单位进行计算。
(3). 每个进程的状态可以是就绪 r（ready）、运行R（Running）、或完成F（Finished）三种状态之一。
(4). 就绪进程获得 CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1来表示。
(5). 如果运行一个时间片后，进程的已占用 CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待调度。
(6). 每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列中各个进程的 PCB，以便进行检查。
(7). 重复以上过程，直到所要进程都完成为止。
思考：作业调度与进程调度的不同？
1.2.2实验题A：编写并调试一个模拟的进程调度程序，采用“最高优先数优先”调度算法对N（N不小于5）个进程进行调度。
“最高优先级优先”调度算法的基本思想是把CPU分配给就绪队列中优先数最高的进程。
(1). 静态优先数是在创建进程时确定的，并在整个进程运行期间不再改变。
(2). 动态优先数是指进程的优先数在创建进程时可以给定一个初始值，并且可以按一定规则修改优先数。例如：在进程获得一次CPU后就将其优先数减少1，并且进程等待的时间超过某一时限（2个时间片时间）时增加其优先数等。
(3). （**）进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定，（也可以由随机数产生）。
(4). （**）在进行模拟调度过程可以创建（增加）进程，其到达时间为进程输入的时间。
0．
1.2.3实验题B：编写并调试一个模拟的进程调度程序，采用“基于时间片轮转法”调度算法对N（N不小于5）个进程进行调度。 “轮转法”有简单轮转法、多级反馈队列调度算法。
(1). 简单轮转法的基本思想是：所有就绪进程按 FCFS排成一个队列，总是把处理机分配给队首的进程，各进程占用CPU的时间片长度相同。如果运行进程用完它的时间片后还未完成，就把它送回到就绪队列的末尾，把处理机重新分配给队首的进程。直至所有的进程运行完毕。（此调度算法是否有优先级？）
(2). 多级反馈队列调度算法的基本思想是：
将就绪队列分为N级（N＝3～5），每个就绪队列优先数不同并且分配给不同的时间片：队列级别越高，优先数越低，时间片越长；级别越小，优先数越高，时间片越短。
系统从第一级调度，当第一级为空时，系统转向第二级队列，.....当处于运行态的进程用完一个时间片，若未完成则放弃CPU，进入下一级队列。
当进程第一次就绪时，进入第一级队列。
(3). （**）考虑进程的阻塞状态B（Blocked）增加阻塞队列。进程的是否阻塞和阻塞的时间由产生的“随机数”确定（阻塞的频率和时间长度要较为合理）。注意进程只有处于运行状态才可能转换成阻塞状态，进程只有处于就绪状态才可以转换成运行状态。
二. 实验内容
根据指定的实验课题：A（1），A（2），B（1）和B（2）
完成设计、编码和调试工作，完成实验报告。
注：带**号的条目表示选做内容。
三、 实验方法、步骤及结果测试
1. 源程序名：压缩包文件（rar或zip）中源程序名rjl.c
可执行程序名：rjl.exe
2. 原理分析及流程图
主要总体设计问题。
(包括存储结构，主要算法，关键函数的实现等)
存储结构：
struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */
char name[10]; //进程名称
char status; //进程状态
int prio; //进程优先级
int ntime; //进程需要运行的时间
int rtime; //已经运行的时间
struct pcb* link;
}*ready=NULL,*p;
typedef struct pcb PCB;
struct pcb2 { /* 定义进程控制块PCB2 */
char name[10]; //进程名称
char status; //进程状态
int prio;//进程优先级
int atime;//进程到达时间
int ntime; //进程需要运行的时间
int runtime;//已经运行的时间
int restime;//剩余时间
}pcb[24];
主要算法：
动态优先数（优先数只减不加）：
关键函数：
input2()
sort2()
sort()
input()
int space()
disp(PCB * pr)
void printbyprio(int prio)
check()
destroy()
running()
void cteatpdisp()
void creatp()
MLFQ()
QueueSort()
QueueSort1()
RR()
3. 主要程序段及其解释：
源程序:
1 #include "stdio.h" 2 #include <stdlib.h> 3 #include <conio.h> 4 #define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)) 5 #define N 3 6 int count; 7 struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */ 8 char name[10]; 9 char status; 10 int prio; 11 int ntime; 12 int rtime; 13 struct pcb* link; 14 }*ready=NULL,*p; 15 16 typedef struct pcb PCB; 17 18 struct pcb2 { /* 定义进程控制块PCB2 */ 19 char name[10]; 20 char status; 21 int prio; 22 int atime; 23 int ntime; 24 int runtime; 25 int restime; 26 }pcb[24]; 27 input2() /* 建立进程控制块函数*/ 28 { 29 int i,num; 30 31 printf(" 请输入进程数?"); 32 scanf("%d",&num); 33 count=num; 34 for(i=0;i<num;i++) 35 { 36 printf(" 进程号No.%d: ",i); 37 printf(" 输入进程名:"); 38 scanf("%s",pcb[i].name); 39 printf(" 输入进程到达时间:"); 40 scanf("%d",&pcb[i].atime); 41 42 printf(" 输入进程运行时间:"); 43 scanf("%d",&pcb[i].ntime); 44 printf(" "); 45 pcb[i].runtime=0; 46 pcb[i].status='r'; 47 pcb[i].restime=pcb[i].ntime; 48 49 } 50 sort2(); 51 printf(" 进程按 FCFS 排成一个队列如下所示： "); 52 printf("进程名 到达时间 需要运行时间 "); 53 for(i=0;i<num;i++) 54 { 55 printf("%s %d %d ",pcb[i].name,pcb[i].atime,pcb[i].ntime); 56 } 57 58 } 59 sort2() 60 { 61 62 int i,j; 63 struct pcb2 t; 64 for(i=0;i<count-1;i++) //按进程到达时间的先后排序 65 { //如果两个进程同时到达，按在屏幕先输入的先运行 66 for(j=i+1;j<count;j++) 67 { 68 if(pcb[j].atime< pcb[i].atime) 69 { 70 t=pcb[j]; 71 pcb[j]=pcb[i]; 72 pcb[i]=t; 73 } 74 75 } 76 } 77 } 78 79 80 81 sort() /* 进程进行优先级排列函数*/ 82 { 83 PCB *first, *second; 84 int insert=0; 85 if((ready==NULL)||((p->prio)>(ready->prio))) /*优先级最大者,插入队首*/ 86 { 87 p->link=ready; 88 ready=p; 89 } 90 else /* 进程比较优先级,插入适当的位置中*/ 91 { 92 first=ready; 93 second=first->link; 94 while(second!=NULL) 95 { 96 if((p->prio)>(second->prio)) /*若插入进程比当前进程优先数大,*/ 97 { /*插入到当前进程前面*/ 98 p->link=second; 99 first->link=p; 100 second=NULL; 101 insert=1; 102 } 103 else /* 插入进程优先数最低,则插入到队尾*/ 104 { 105 first=first->link; 106 second=second->link; 107 } 108 } 109 if(insert==0) first->link=p; 110 } 111 } 112 113 input() /* 建立进程控制块函数*/ 114 { 115 int i,num; 116 /*clrscr(); */ /*清屏*/ 117 printf(" 请输入进程数?"); 118 scanf("%d",&num); 119 for(i=0;i<num;i++) 120 { 121 printf(" 进程号No.%d: ",i); 122 p=getpch(PCB); /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */ 123 printf(" 输入进程名:"); 124 scanf("%s",p->name); 125 /*printf(" 输入进程优先数:"); 126 scanf("%d",&p->prio); */ 127 p->prio=N; 128 printf(" 输入进程运行时间:"); 129 scanf("%d",&p->ntime); 130 printf(" "); 131 p->rtime=0;p->status='r'; 132 p->link=NULL; 133 sort(); /* 调用sort函数*/ 134 } 135 136 } 137 138 139 int space() 140 { 141 int l=0; PCB* pr=ready; 142 while(pr!=NULL) 143 { 144 l++; 145 pr=pr->link; 146 } 147 return(l); 148 } 149 150 151 disp(PCB * pr) /*单个进程显示函数*/ 152 { 153 154 printf("|%s ",pr->name); 155 printf("|%c ",pr->status); 156 printf("|%d ",pr->prio); 157 printf("|%d ",pr->ntime); 158 printf("|%d ",pr->rtime); 159 printf(" "); 160 } 161 162 void printbyprio(int prio) 163 { 164 PCB* pr; 165 pr=ready; 166 printf(" ****当前第%d级队列(优先数为%d)的就绪进程有: ",(N+1)-prio,prio); /*显示就绪队列状态*/ 167 printf(" qname status prio ndtime runtime "); 168 while(pr!=NULL) 169 { 170 if (pr->prio==prio) disp(pr); 171 pr=pr->link; 172 } 173 } 174 175 check() /* 显示所有进程状态函数 */ 176 { 177 PCB* pr; 178 int i; 179 printf(" /\/\/\/\当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/ 180 printf(" qname status prio ndtime runtime "); 181 disp(p); 182 183 printf(" 当前就绪队列状态为: "); /*显示就绪队列状态*/ 184 for(i=N;i>=1;i--) 185 printbyprio(i); 186 /* 187 while(pr!=NULL) 188 { 189 disp(pr); 190 pr=pr->link; 191 } 192 */ 193 } 194 195 196 destroy() /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/ 197 { 198 printf(" 进程 [%s] 已完成. ",p->name); 199 free(p); 200 } 201 202 203 running() /* 运行函数。判断是否完成，完成则撤销，否则置就绪状态并插入就绪队列*/ 204 { 205 int slice,i; 206 slice=1; 207 for(i=1;i<((N+1)-p->prio);i++) 208 slice=slice*2; 209 210 for(i=1;i<=slice;i++) 211 { 212 (p->rtime)++; 213 if (p->rtime==p->ntime) 214 break; 215 216 } 217 if(p->rtime==p->ntime) 218 destroy(); /* 调用destroy函数*/ 219 else 220 { 221 if(p->prio>1) (p->prio)--; 222 p->status='r'; 223 sort(); /*调用sort函数*/ 224 } 225 } 226 void cteatpdisp() 227 /*显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程*/ 228 { 229 230 int i; 231 232 printf(" 当增加新进程后,所有就绪队列中的进程(此时无运行进程): "); /*显示就绪队列状态*/ 233 for(i=N;i>=1;i--) 234 printbyprio(i); 235 } 236 void creatp() 237 { 238 char temp; 239 printf(" Creat one more process?type Y (yes)"); 240 scanf("%c",&temp); 241 if (temp=='y'||temp=='Y') 242 { 243 input(); 244 cteatpdisp(); 245 } 246 247 } 248 249 MLFQ() 250 { 251 int len,h=0; 252 char ch; 253 input(); 254 len=space(); 255 while((len!=0)&&(ready!=NULL)) 256 { 257 ch=getchar(); 258 /*getchar();*/ 259 h++; 260 printf(" The execute number:%d ",h); 261 p=ready; 262 ready=p->link; 263 p->link=NULL; 264 p->status='R'; 265 check(); 266 running(); 267 creatp(); 268 printf(" 按任一键继续......"); 269 ch=getchar(); 270 } 271 printf(" 进程已经完成. "); 272 ch=getchar(); 273 ch=getchar(); 274 275 276 } 277 QueueSort() 278 { 279 int i; 280 struct pcb2 t; 281 t=pcb[0]; 282 for(i=1;i<count;i++) 283 pcb[i-1]=pcb[i]; 284 pcb[0].restime--; 285 pcb[count-1]=t; 286 287 } 288 QueueSort1() 289 { 290 int i; 291 292 for(i=1;i<count;i++) 293 pcb[i-1]=pcb[i]; 294 count--; 295 296 } 297 RR() 298 { 299 int timeflag=0; 300 int timepiece=2; 301 int k; 302 char ch; 303 input2(); 304 sort2(); 305 while(count>=0) 306 { 307 if(timeflag==2) 308 { 309 timeflag=0; 310 if(pcb[0].restime==0) 311 { 312 printf("进程%s已完成 ",pcb[0].name); 313 314 315 if(count!=0){ 316 QueueSort1(); 317 printf("进程%s正在运行 ",pcb[0].name); 318 } 319 if(count>=1) 320 for(k=1;k<count;k++) 321 printf("进程%s正在等待 ",pcb[k].name); 322 if(count==0){ 323 pcb[0].restime--; 324 count--; 325 } 326 } 327 else{ 328 QueueSort(); 329 if(count!=0){ 330 //QueueSort1(); 331 printf("进程%s正在运行 ",pcb[0].name); 332 } 333 if(count>=1) 334 for(k=1;k<count;k++) 335 printf("进程%s正在等待 ",pcb[k].name); 336 } 337 338 339 340 341 } 342 else{ 343 if(pcb[0].restime==0) 344 { 345 printf("进程%s已完成 ",pcb[0].name); 346 if(count!=0){ 347 QueueSort1(); 348 printf("进程%s正在运行 ",pcb[0].name); 349 } 350 if(count>=1) 351 for(k=1;k<count;k++) 352 printf("进程%s正在等待 ",pcb[k].name); 353 } 354 else{ 355 pcb[0].restime--; 356 if(count!=0) 357 printf("进程%s正在运行 ",pcb[0].name); 358 359 if(count>=1) 360 for(k=1;k<count;k++) 361 printf("进程%s正在等待 ",pcb[k].name); 362 } 363 364 365 366 } 367 timeflag++; 368 printf(" 按任一键继续......"); 369 ch=getchar(); 370 ch=getchar(); 371 } 372 printf(" 全部进程已经完成. "); 373 374 } 375 376 377 main() /*主函数*/ 378 { 379 int select; 380 printf("—————-———模拟进程调度——-—————— "); 381 printf("——————1.多级反馈队列调度算法—————— "); 382 printf("——————2.简单时间片轮转调度算法—————— "); 383 printf("——————0.退出—————— "); 384 printf("—————-—————————————-—————— "); 385 printf("请选择："); 386 scanf("%d",&select); 387 if(select==1) 388 { 389 MLFQ(); 390 } 391 else if(select==2) 392 { 393 RR(); 394 } 395 else if(select==0) 396 { 397 exit(0); 398 } 399 400 401 402 403 }
4. 运行结果及分析
四、 实验总结
通过本次实验，加深了对时间片轮转调度算法以及多级反馈队列调度算法的理解，能够分模块地完成，虽然有一点bug，但是还是能够独立思考地完成，相应地也有了一些收获。