5.12 操作系统——进程调度

1.    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。

2.    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。

3.    实验环境

vc++6.0

4.    实验原理及核心算法参考程序段

     动态优先数（优先数只减不加）：

 源代码：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>

typedef struct pcb{
    char name[10];  //进程名称
    char status[10]; //进程状态
    int priority;  //优先级
    int arrtime; //到达时间       
    int reqtime; //进程所需时间
    int cpuTime;  //已用cpu时间
    int trueTime;  //实际运行时间
    int startime; //开始时间
    int fintime; //结束时间
}PCB;

int n,N;
PCB pcb[100];
int systime=0;

//菜单
void menu()
{
    printf("

                 |*************** 作业调度 *************|
");
    printf("                 |======================================|
");
    printf("                 |            1.读取进程                |
");
    printf("                 |            2.进程调度                |
");
      printf("                 |            0.退出                    |
");
    printf("                 |======================================|
");
}

//读取TXT文档
int ReadFile()
{
    int m=0;
    int i=1;
    FILE *fp;     //定义文件指针
    fp=fopen("进程.txt","r");  //打开文件
    if(fp==NULL)
    {
        printf("File open error !
");
        exit(0);
    }
    while(!feof(fp))
    {
        
        fscanf(fp,"%s%d%d%d",&pcb[i].name,&pcb[i].priority,&pcb[i].arrtime,&pcb[i].reqtime);  //fscanf()函数将数据读入
        i++;
    };
    n=i;

    if(fclose(fp))     //关闭文件
    {
        printf("Can not close the file !
");
        exit(0);
    }
    m=i-1;
    return m;
}

//输出
void Print()
{
    int i;
    n=n+N;
    printf("

 进程调度状态表:
");
    printf("
 进程名称     优先级     到达时间    需要运行时间    CPU运行时间    状态
");
    for(i=0;i<n;i++)
        printf("    %s		   %d		%d	    %d		    %d		%s
",pcb[i].name,pcb[i].priority,pcb[i].arrtime,pcb[i].reqtime,pcb[i].cpuTime,pcb[i].status);
    printf("
						现在系统时间: %d
",systime);
}

//交换artime
void SwapData(int *x,int *y)
{
    int temp;
    temp=*x;
    *x=*y;
    *y=temp;
}

//交换名字
void SwapName(char x[],char y[])
{
    char temp[8];
    strcpy(temp,x);
    strcpy(x,y);
    strcpy(y,temp);
}

//排序
int Descend(int a,int b)
{
    return a>b;
}


//先到先服务算法
void sort(int(*compare)(int a,int b))
{
    int i,j,k;
    for(i=0;i<n-1;i++)
    {
        k=i;
        for(j=i+1;j<n;j++)
        {
            if((*compare)(pcb[j].priority,pcb[k].priority))
                k=j;
        }
        if(k!=i)
        {
            SwapData(&pcb[k].arrtime,&pcb[i].arrtime);
            SwapName(pcb[k].name,pcb[i].name);
            SwapData(&pcb[k].reqtime,&pcb[i].reqtime);
            SwapData(&pcb[k].priority,&pcb[i].priority);
            SwapData(&pcb[k].cpuTime,&pcb[i].cpuTime);
            SwapData(&pcb[k].trueTime,&pcb[i].trueTime);
        }
    }
    strcpy(pcb[0].status,"Running");
    Print(pcb);
}

void running() //运行函数。判断是否完成
{ 
    int slice,i,k;
    slice=1;//3.思考：slice的作用？以及赋值变化的原因？
    for(i=1;i<((n+1)-pcb[i].priority);i++)
        slice=slice*2;
    
    for(i=0;i<slice;i++)
    {
        (pcb[i].cpuTime)++; 
        pcb[0].trueTime++;
        if(pcb[0].trueTime>=pcb[0].reqtime)     
            break;    
    }

    if(pcb[0].trueTime>=pcb[0].reqtime)     
    {
        printf("
 进程 %s 已完成.
",pcb[0].name);    
        for(i=0;i<n;i++)
        {
            k=i+1;
            pcb[i].arrtime=pcb[k].arrtime;
            strcpy(pcb[i].name,pcb[k].name);
            pcb[i].reqtime=pcb[k].reqtime;
            pcb[i].priority=pcb[k].priority;
            pcb[i].cpuTime=pcb[k].cpuTime;
            pcb[i].trueTime=pcb[k].trueTime;
            strcpy(pcb[i].status,pcb[k].status);
        }
        n=n-1;
        sort(Descend); 
    }
    else     
    { 
        if(pcb[0].priority>1) 
            (pcb[0].priority)--; 
        strcpy(pcb[0].status,"Running");
        sort(Descend); /*调用sort函数*/ 
    }
} 

main()
{
    while(1)
    {
        int m;
        char ch;
        menu();
        printf(" 请选择模块(0~3): ");
        scanf("%d",&m);
        printf("
");
        switch(m)
        {
            case 1:ReadFile();Print();break;
            case 2:running();break;
            case 0:exit(0);break;    
        }
    }
}

运行结果：

从文件读取进程表：

进程调度过程：