【操作系统】实验三 进程调度模拟程序

实验三、进程调度模拟程序实验

商软1班   杨晶晶  201406114102

一、        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。

二、        实验内容和要求

    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。

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。

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。

三、        实验方法、步骤及结果测试

1.      源程序名：3.c

可执行程序名：3.exe

2.      原理分析及流程图

  

3.      主要程序段及其解释：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> 
#include <conio.h> 
#define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)) 
#define N 3
int count;
sort2();
struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */ 
       char name[10]; 
       char status; 
       int prio; 
       int ntime; 
       int rtime; 
       struct pcb* link; 
}*ready=NULL,*p; 

typedef struct pcb PCB; 
  
struct pcb2 { /* 定义进程控制块PCB2 */ 
       char name[10]; 
       char status; 
       int prio;
       int atime;
       int ntime; 
       int runtime;
       int restime;
}pcb[24]; 

input2() /* 输入数据*/ 
{ 
  int i,num; 
 
  printf("
 请输入进程数:"); 
  scanf("%d",&num);
  count=num;
  for(i=0;i<num;i++) 
  { 
    printf("进程号No.%d:",i); 
    printf("
输入进程名:"); 
    scanf("%s",pcb[i].name); 
    printf("输入进程到达时间:"); 
    scanf("%d",&pcb[i].atime); 
    
    printf("输入进程运行时间:"); 
    scanf("%d",&pcb[i].ntime); 
    printf("
"); 
    pcb[i].runtime=0;
    pcb[i].status='r'; 
    pcb[i].restime=pcb[i].ntime;
  
  }
  sort2();
  printf("

----------------FCFS排序之后-------------------
");
  printf("进程名  到达时间  需要运行时间
");
  for(i=0;i<num;i++)
  {
     printf("%s        %d         %d 
",pcb[i].name,pcb[i].atime,pcb[i].ntime);
  }

} 

sort2()/* 进程按时间的先后排序*/
{
    
    int i,j;
    struct pcb2 t;
    for(i=0;i<count-1;i++) //按进程到达时间的先后排序
    {                               //如果两个进程同时到达，按在屏幕先输入的先运行
        for(j=i+1;j<count;j++)
        { 
            if(pcb[j].atime< pcb[i].atime)
            {
                t=pcb[j];
                pcb[j]=pcb[i];
                pcb[i]=t;
            }

        }
    }
}
  
sort() /* 进程进行优先级排列函数*/ 
{ 
  PCB *first, *second; 
  int insert=0; 
  if((ready==NULL)||((p->prio)>(ready->prio))) /*优先级最大者,插入队首*/ 
  { 
    p->link=ready; 
    ready=p; 
  } 
  else /* 进程比较优先级,插入适当的位置中*/ 
  { 
    first=ready; 
    second=first->link; 
    while(second!=NULL) 
    { 
      if((p->prio)>(second->prio)) /*若插入进程比当前进程优先数大,*/ 
      { /*插入到当前进程前面*/ 
        p->link=second; 
        first->link=p; 
        second=NULL; 
        insert=1; 
      } 
      else /* 插入进程优先数最低,则插入到队尾*/ 
      { 
        first=first->link; 
        second=second->link; 
      } 
    } 
    if(insert==0) first->link=p; 
  } 
} 
 
input() /* 建立进程控制块函数*/ 
{ 
  int i,num; 
  /*clrscr();  */   /*清屏*/
  printf("
请输入进程数:"); 
  scanf("%d",&num); 
  for(i=0;i<num;i++) 
  { 
    printf("
进程号No.%d:
",i); 
    p=getpch(PCB);  /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */
    printf("
输入进程名:"); 
    scanf("%s",p->name); 
    /*printf("
 输入进程优先数:"); 
    scanf("%d",&p->prio); */
    p->prio=N;
    printf("
输入进程运行时间:"); 
    scanf("%d",&p->ntime); 
    printf("
"); 
    p->rtime=0;p->status='r'; 
    p->link=NULL; 
    sort(); /* 调用sort函数*/ 
  } 

} 

int space() 
{ 
  int l=0; PCB* pr=ready; 
  while(pr!=NULL) 
  { 
  l++; 
  pr=pr->link; 
  } 
  return(l); 
} 

disp(PCB * pr) /*单个进程显示函数*/ 
{  
  printf("|%s	",pr->name); 
  printf("|%c	",pr->status); 
  printf("|%d	",pr->prio); 
  printf("|%d	",pr->ntime); 
  printf("|%d	",pr->rtime); 
  printf("
"); 
} 

void printbyprio(int prio)
{
  PCB* pr; 
  pr=ready; 
  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*/ 
  printf("
 qname 	status	 prio 	ndtime	 runtime 
"); 
  while(pr!=NULL) 
  { 
    if (pr->prio==prio) disp(pr); 
    pr=pr->link; 
  } 
}

check() /* 显示所有进程状态函数 */ 
{ 
  PCB* pr; 
  int i;
  printf("
 /\/\/\/\当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/ 
   printf("
 qname 	status	 prio 	ndtime	 runtime 
"); 
  disp(p); /*单个进程显示函数*/ 
  
  printf("
 当前就绪队列状态为:
"); 
  for(i=N;i>=1;i--)
    printbyprio(i);/*显示就绪队列状态*/ 
  /*
  while(pr!=NULL) 
  { 
    disp(pr); 
    pr=pr->link; 
    } 
  */
} 

destroy() /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/ 
{ 
  printf("
进程 [%s] 已完成.
",p->name); 
  free(p); 
} 

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*/ 
{ 
  int slice,i;
  slice=1;
  for(i=1;i<((N+1)-p->prio);i++)
    slice=slice*2;
    
  for(i=1;i<=slice;i++)
  {
     (p->rtime)++; 
     if (p->rtime==p->ntime)
       break;
       
  }
  if(p->rtime==p->ntime) 
      destroy(); /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/
  else 
  { 
    if(p->prio>1) (p->prio)--; 
    p->status='r'; 
    sort(); /* 进程进行优先级排列函数*/ 
  } 
} 

void cteatpdisp()
/*显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程*/
{ 
 
  int i;
   
  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*/ 
  for(i=N;i>=1;i--)
    printbyprio(i);
}
void creatp()//是否添加新进程
{
     char temp;
     printf("
是否要添加新进程?输入Y/y表示添加");
     scanf("%c",&temp);
     if (temp=='y'||temp=='Y')
     {
        input();
        cteatpdisp();/*显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程*/
     }    
}

PRIO()//最高优先数优先调度算法
{
  int len,h=0; 
  char ch; 
  input(); 
  len=space(); 
  while((len!=0)&&(ready!=NULL)) 
  { 
    ch=getchar(); 
    /*getchar();*/
    h++; 
    printf("
正在运行的进程数:%d ",h); 
    p=ready; 
    ready=p->link; 
    p->link=NULL; 
    p->status='R'; 
    check(); /* 显示所有进程状态函数 */ 
    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*/ 
    creatp();//是否添加新进程
    printf("
 按任一键继续......"); 
    ch=getchar(); 
  } 
  printf("

进程已经完成.
"); 
  ch=getchar(); 
  ch=getchar();
}
QueueSort()
{
    int i;
    struct pcb2 t;
    t=pcb[0];
    for(i=1;i<count;i++)
        pcb[i-1]=pcb[i];
    pcb[0].restime--;
    pcb[count-1]=t;

}
QueueSort1()
{
    int i;

    for(i=1;i<count;i++)
        pcb[i-1]=pcb[i];
    count--;
}
RR()//时间片轮转法调度算法
{
    int timeflag=0;
    int timepiece=2;
    int T;
    printf("
请输入时间片：");
    scanf("%d",&T);
    int k;
    char ch;
    input2();
    sort2();
    while(count>=0)
    {
        if(timeflag==T)
        {
            timeflag=0;
            if(pcb[0].restime==0)
            {
            printf("进程%s已完成
",pcb[0].name);
            

            if(count!=0){
                QueueSort1();
                printf("当前正在运行进程是:%s
",pcb[0].name);
            }
            if(count>=1)
                for(k=1;k<count;k++)
                printf("进程%s正在等待
",pcb[k].name);
            if(count==0){
                pcb[0].restime--;
                count--;
            }
            }
            else{
                QueueSort();
                if(count!=0){
                //QueueSort1();
                printf("当前正在运行进程是:%s
",pcb[0].name);
                }
                if(count>=1)
                for(k=1;k<count;k++)
                printf("进程%s正在等待
",pcb[k].name);
            }              
        }
        else{
            if(pcb[0].restime==0)
            {
            printf("进程%s已完成
",pcb[0].name);
            if(count!=0){
                QueueSort1();
                printf("进程%s正在运行
",pcb[0].name);
            }
            if(count>=1)
                for(k=1;k<count;k++)
                printf("进程%s正在等待
",pcb[k].name);
            }
            else{
                pcb[0].restime--;
                if(count!=0)
                printf("进程%s正在运行
",pcb[0].name);
            
                if(count>=1)
                for(k=1;k<count;k++)
                printf("进程%s正在等待
",pcb[k].name);
            }
        }
        timeflag++;
        printf("
 按任一键继续......"); 
        ch=getchar(); 
        ch=getchar();
    }
     printf("

 全部进程已经完成.
"); 
}  
main() /*主函数*/ 
{ 
  int i, jobNum, choi;
    char flag=0; 
    printf("_________________________________
");
    printf("1.最高优先数优先调度算法
");
    printf("2.时间片轮转法调度算法
");
    printf("3.退出
");
    printf("_________________________________
");
    printf("****你的选择是：");
    scanf("%d", &choi);
    switch(choi)
    {
    case 1:
        PRIO(); //最高优先数优先调度算法
        main();
        break;        
    case 2:
        RR();//时间片轮转法调度算法
        main();
        break;
    case 3:
        break;
    default:
        printf("
 !!!!!输入错误，请重新选择!!!!!
");
        main();
        
    }
  
}

4.      运行结果及分析

 

 

四、        实验总结

一开始不是很清楚进程调度和作业调度的区别，通过这个实验更加清楚了进程调度与作业调度的差别。更加清楚最高优先数优先调度算法和时间片轮转发调度的具体算法。不过还是不够了解，问了同学也查找了一些资料才解决问题。很多细节的地方还是要多注意，多练习多看书。