实验二 作业模拟调度程序

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

序号	准备内容	完成情况
1	什么是作业？
2	一个作业具备什么信息？
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
4	操作系统中，常用的作业调度算法有哪些？
5	如何编程实现作业调度算法？
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？

 

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：

        

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#define MAX 100
typedef struct 
{
char name[4];//进程名
int starttime;//到达系统时间
int needtime;//运行时间
int runtime;//周转时间
int endtime;//完成时间
int waittime;//等待时间
double XYB;//响应比
double DQZZ_Time;//带权周转时间
}pr;
 
pr a[MAX];

void input(int n)
{
    int i;
    for(i=0;i<n;i++)
    {
    printf("name:");
    scanf("%s",&a[i].name);
    printf("
");

    printf("starttime:");
    scanf("%d",&a[i].starttime);
    printf("
");

    printf("needtime:");
    scanf("%d",&a[i].needtime);
    printf("
");
    }
}

void FCFS(int n)//先来先服务
{
    int i,j,time1,time2; 
    char temp[4];    
     for(i=0;i<n-1;i++) 
     {   
         for(j=0;j<n-i-1;j++)
             if(a[j].starttime>a[j+1].starttime)
             {
                time1=a[j].starttime;//开始时间进行互换
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;

                time2=a[j].needtime;//CPU时间换
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;

                strcpy(temp,a[j].name);   //把从src地址开始且含有''结束符的字符串复制到以dst开始的地址空间。
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
             }
     }
    for(i=0;i<n;i++) 
     {    
     //第一个进程       
         if(i==0)       
         {             
             a[i].runtime=a[i].needtime;     
             a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].runtime;   
         }        
         else    
         {            
             if(a[i].starttime>a[i-1].endtime)    
             {               
                 a[i].runtime=a[i].needtime;   
                 a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].runtime;     
             }           
             else           
             {                
                 a[i].runtime=a[i].needtime+a[i-1].endtime-a[i].starttime;         
                 a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].runtime;          
             }        
         }   
         a[i].DQZZ_Time=a[i].runtime*1.0/a[i].needtime;  
     }
}

//最短作业优先，假设在前3个作业运行完之前所有作业均已到达
void SJF(int n)
{
int i,j,time1,time2;
int b=0,c=0,d=0; 
char temp[4]; 

//先按到达时间排序
    for(i=0;i<n-1;i++)  
    {   
           for(j=0;j<n-i-1;j++)
             if(a[j].starttime>a[j+1].starttime)
             {
                time1=a[j].starttime;
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;

                time2=a[j].needtime;
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;

                strcpy(temp,a[j].name);   
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
             }
    }

    a[0].endtime=a[0].starttime+a[0].needtime;

    for(i=1;i<n;i++)
    {
        if(a[i].starttime<a[0].endtime) 
            b++;      //作业到达但第0个作业还在运行时
            //用b统计需等待作业0运行的作业个数
    }
   
      for(i=1;i<b+1;i++)
      {//已经到达的但要等待第0个作业运行完的作业按最短运行时间排序
          for(j=1;j<b+1-1;j++)
          {
          if(a[j].needtime>a[j+1].needtime) 
          { 
                   time1=a[j].starttime;
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;
                time2=a[j].needtime;
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;
                strcpy(temp,a[j].name);   
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
          } 
          }
    }
    
    if(a[1].starttime>a[0].endtime) a[1].endtime=a[1].starttime+a[1].needtime;
    else a[1].endtime=a[0].endtime+a[1].needtime;

    for(i=2;i<n;i++)
    {
        if(a[i].starttime<a[1].endtime) 
          c++;      //作业到达但第1个作业还在运行时
            //用c统计需等待作业1运行的作业个数
    }

 for(i=2;i<c+2;i++)
    {//已经到达的但要等待第1个作业运行完的作业按最短运行时间排序
         for(j=2;j<c+2-1;j++)
          {
          if(a[j].needtime>a[j+1].needtime) 
          { 
                   time1=a[j].starttime;
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;
                time2=a[j].needtime;
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;
                strcpy(temp,a[j].name);   
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
          } 
          }           
    }

    if(a[2].starttime>a[1].endtime) a[2].endtime=a[2].starttime+a[2].needtime;
    else a[2].endtime=a[1].endtime+a[2].needtime;

        for(i=3;i<n;i++)
    {
        if(a[i].starttime<a[2].endtime) 
         d++;      //作业到达但第2个作业还在运行时
            //用d统计需等待作业2运行的作业个数
    }

 for(i=3;i<d+3;i++)
    {//已经到达的但要等待第2个作业运行完的作业按最短运行时间排序
         for(j=3;j<d+3-1;j++)
          {
          if(a[j].needtime>a[j+1].needtime) 
          { 
                   time1=a[j].starttime;
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;
                time2=a[j].needtime;
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;
                strcpy(temp,a[j].name);   
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
          } 
          }             
    }

    for(i=0;i<n;i++)
    {
      if(a[i].starttime>a[i-1].endtime)
      {                                      
        a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].needtime; 
        a[i].runtime=a[i].needtime;
      }
      else
      {
         a[i].endtime=a[i-1].endtime+a[i].needtime;
         a[i].runtime=a[i].endtime-a[i].starttime; 
      }
      a[i].DQZZ_Time=a[i].runtime*1.0/a[i].needtime; 
    }
}


//最高响应比优先,只写了按到达时间的顺序前4个作业有效    
void HRRF(int n)
{
   int i,j,time1,time2;
   char temp[4]; 

//先按到达时间排序
    for(i=0;i<n-1;i++)  
    {   
           for(j=0;j<n-i-1;j++)
             if(a[j].starttime>a[j+1].starttime)
             {
                time1=a[j].starttime;
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;
                time2=a[j].needtime;
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;
                strcpy(temp,a[j].name);   
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
             }
    }

    a[0].endtime=a[0].starttime+a[0].needtime;

    for(i=1;i<n;i++)
    {
     a[i].waittime=a[0].endtime-a[i].starttime;
     a[i].XYB=1+(a[i].waittime/a[i].needtime);
    }
    //运行完作业0后，剩下的作业按响应比高到低排序
    for(i=1;i<n-1;i++)
    {
        for(j=1;j<n-i-1;j++)
        {
        if(a[j].XYB<a[j+1].XYB)
        {
                time1=a[j].starttime;
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;

                time2=a[j].needtime;
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;

                strcpy(temp,a[j].name);   
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
        }
        }
    }

    a[1].endtime=a[0].endtime+a[1].needtime;
    for(i=2;i<n;i++)
    {
     a[i].waittime=a[1].endtime-a[i].starttime;
     a[i].XYB=1+(a[i].waittime/a[i].needtime);
    }
    //运行完作业1后，剩下的作业按响应比高到低排序
    for(i=2;i<n-1;i++)
    {
        for(j=2;j<n-i-1;j++)
        {
        if(a[j].XYB<a[j+1].XYB)
        {
                time1=a[j].starttime;
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;
                time2=a[j].needtime;
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;
                strcpy(temp,a[j].name);   
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
        }
        }
    }

    a[2].endtime=a[1].endtime+a[2].needtime;
    for(i=3;i<n;i++)
    {
     a[i].waittime=a[2].endtime-a[i].starttime;
     a[i].XYB=1+(a[i].waittime/a[i].needtime);
    }
    //运行完作业2后，剩下的作业按响应比高到低排序
    for(i=3;i<n-1;i++)
    {
        for(j=3;j<n-i-1;j++)
        {
        if(a[j].XYB<a[j+1].XYB)
        {
                time1=a[j].starttime;
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;

                time2=a[j].needtime;
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;

                strcpy(temp,a[j].name);   
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
        }
        }
    }

    a[3].endtime=a[2].endtime+a[3].needtime;
    for(i=4;i<n;i++)
    {
     a[i].waittime=a[3].endtime-a[i].starttime;
     a[i].XYB=1+(a[i].waittime/a[i].needtime);
    }
    //运行完作业3后，剩下的作业按响应比高到低排序
    for(i=4;i<n-1;i++)
    {
        for(j=4;j<n-i-1;j++)
        {
        if(a[j].XYB<a[j+1].XYB)
        {
                time1=a[j].starttime;
                a[j].starttime=a[j+1].starttime;
                a[j+1].starttime=time1;
                time2=a[j].needtime;
                a[j].needtime=a[j+1].needtime;
                a[j+1].needtime=time2;
                strcpy(temp,a[j].name);   
                strcpy(a[j].name,a[j+1].name); 
                strcpy(a[j+1].name,temp); 
        }
        }
    }

    for(i=0;i<n;i++)
    {
      if(a[i].starttime>a[i-1].endtime)
      {                                      
        a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].needtime; 
        a[i].runtime=a[i].needtime;
      }
      else
      {
         a[i].endtime=a[i-1].endtime+a[i].needtime;
         a[i].runtime=a[i].endtime-a[i].starttime; 
      }
      a[i].DQZZ_Time=a[i].runtime*1.0/a[i].needtime; 
    }
}

void output(int n)
{    
    
   int sum_Time=0;//作业总周转时间
   double sum_DQ=0;//作业总带权周转时间
   int i;   
   printf("	name  starttime  needtime  runtime  endtime 	DQZZ_Time
");
    for(i=0;i<n;i++)
    {
    printf("%8s%10d%10d%10d%10d	%10lf
",a[i].name,a[i].starttime,a[i].needtime,a[i].runtime,a[i].endtime,a[i].DQZZ_Time);
    sum_Time+=a[i].runtime;  
    sum_DQ+=a[i].DQZZ_Time;
    } 
     printf("平均作业周转时间为:%.2lf
",sum_Time*1.0/n);  
     printf("平均带权作业周转时间为:%.2lf
",sum_DQ*1.0/n);  
     printf("
");
}

int main()
{
    int n,i;
    printf("请输入进程数n:");
    scanf("%d",&n);
    input(n);
    output(n);
    while(1)
    {
    printf("1.先来先服务FCFS
2.最短作业优先SJF
3.最高响应比优先
4.退出
");
    scanf("%d",&i);
    if(i==1)
    {
    printf("				1.先来先服务FCFS
");
    FCFS(n);
    output(n);
    }
    if(i==2)
    {
    printf("				2.最短作业优先SJF
");
    SJF(n);
    output(n);
    }
    if(i==3)
    {
    printf("				3.最高响应比优先
");
    HRRF(n);
    output(n);
    }
    if(i==4)
    {
    exit(0);
    }
    }
}