实验三 进程调度模拟程序

实验三 进程调度模拟程序

 13物联网        201306104134           郑伯瑜一

1. 目的和要求
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。

实验要求

设计一个有 N（N不小于5）个进程并发执行的进程调度模拟程序。

进程调度算法：“时间片轮转法”调度算法对N个进程进行调度。

 

2. 实验内容
完成两个算法(简单时间片轮转法、多级反馈队列调度算法)的设计、编码和调试工作，完成实验报告。

 

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) 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。

3) 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。

4) 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，应把它插入就绪队列等待下一次调度。

5) 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。 　　

6) 重复以上过程，直到所要进程都完成为止。

 

3. 实验原理及核心算法
“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。

 

(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。

 

4. 实验环境
自主选择实验环境。可以选用Turbo C作为开发环境。也可以选用Windows下的可视化环境，利用各种控件较为方便。

 

5.源代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct node
{
   char name[10];  /*进程标识符*/
   int prio;   /*进程优先数*/
   int round;  /*进程时间轮转时间片*/
   int cputime; /*进程占用CPU时间*/
   int needtime; /*进程到完成还要的时间*/
   int count;  /*计数器*/
   char state; /*进程的状态*/
   struct node *next; /*链指针*/
}PCB;
PCB *finish,*ready,*tail,*run; /*队列指针*/
int N; /*进程数*/
/*将就绪队列中的第一个进程投入运行*/
firstin()
{
   run=ready;   /*就绪队列头指针赋值给运行头指针*/
   run->state='R';   /*进程状态变为运行态*/
   ready=ready->next;  /*就绪对列头指针后移到下一进程*/
}
void prt1(char a)
{
   if(toupper(a)=='P') /*优先数法*/
      printf("  name     cputime  needtime  priority  state\n");
   else
      printf("  name     cputime  needtime   count   round     state\n");
}
/*进程PCB输出*/
void prt2(char a,PCB *q)
{
   if(toupper(a)=='P')  /*优先数法的输出*/
      printf("  %-10s%-10d%-10d%-10d %c\n",q->name,
       q->cputime,q->needtime,q->prio,q->state);
   else/*轮转法的输出*/
      printf("  %-10s%-10d%-10d%-10d%-10d %-c\n",q->name,
       q->cputime,q->needtime,q->count,q->round,q->state);
}
/*输出函数*/
void prt(char algo)
{
   PCB *p;
   prt1(algo);  /*输出标题*/
   if(run!=NULL) /*如果运行指针不空*/
      prt2(algo,run); /*输出当前正在运行的PCB*/
   p=ready;  /*输出就绪队列PCB*/
   while(p!=NULL)
   {
      prt2(algo,p);
      p=p->next;
   }
   p=finish;  /*输出完成队列的PCB*/
   while(p!=NULL)
   {
      prt2(algo,p);
      p=p->next;
   }
   getchar();  /*压任意键继续*/
}
/*优先数的插入算法*/
insert1(PCB *q)
{
   PCB *p1,*s,*r;
   int b;
   s=q;  /*待插入的PCB指针*/
   p1=ready; /*就绪队列头指针*/
   r=p1; /*r做p1的前驱指针*/
   b=1;
   while((p1!=NULL)&&b)  /*根据优先数确定插入位置*/
      if(p1->prio>=s->prio)
      {
  r=p1;
     p1=p1->next;
      }
      else
     b=0;
   if(r!=p1)  /*如果条件成立说明插入在r与p1之间*/
   {
      r->next=s;
      s->next=p1;
   }
   else
   {
      s->next=p1;  /*否则插入在就绪队列的头*/
      ready=s;
   }
}
/*轮转法插入函数*/
insert2(PCB *p2)
{
   tail->next=p2;  /*将新的PCB插入在当前就绪队列的尾*/
   tail=p2;
   p2->next=NULL;
}
/*优先数创建初始PCB信息*/
void create1(char alg)
{
   PCB *p;
   int i,time;
   char na[10];
   ready=NULL; /*就绪队列头指针*/
   finish=NULL;  /*完成队列头指针*/
   run=NULL; /*运行队列指针*/
   printf("输入进程名称和运行时间\n"); /*输入进程标识和所需时间创建PCB*/
   for(i=1;i<=N;i++ )
   {
      p=malloc(sizeof(PCB));
      scanf("%s",na);
      scanf("%d",&time);
      strcpy(p->name,na);
      p->cputime=0;
      p->needtime=time;
      p->state='w';
      p->prio=50-time;
      if(ready!=NULL) /*就绪队列不空调用插入函数插入*/
     insert1(p);
      else
      {
     p->next=ready; /*创建就绪队列的第一个PCB*/
     ready=p;
      }
   }
   //clrscr();
   printf("          优先算法的输出:\n");
   printf("************************************************\n");
   prt(alg);  /*输出进程PCB信息*/
   run=ready; /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/
   ready=ready->next;
   run->state='R';
}
/*轮转法创建进程PCB*/
void create2(char alg)
{
   PCB *p;
   int i,time;
   char na[10];
   ready=NULL;
   finish=NULL;
   run=NULL;
   printf("输入进程的名称和运行时间:\n");
   for(i=1;i<=N;i++)
   {
      p=malloc(sizeof(PCB));
      scanf("%s",na);
      scanf("%d",&time);
      strcpy(p->name,na);
      p->cputime=0;
      p->needtime=time;
      p->count=0; /*计数器*/
      p->state='w';
      p->round=3;  /*时间片*/
      if(ready!=NULL)
     insert2(p);
else
      {
     p->next=ready;
     ready=p;
     tail=p;
      }
   }
   //clrscr();
   printf("           简单时间片轮转输出     \n");
   printf("************************************************\n");
   prt(alg);   /*输出进程PCB信息*/
   run=ready;  /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/
   ready=ready->next;
   run->state='R';
}
/*优先数调度算法*/
priority(char alg)
{
   while(run!=NULL)  /*当运行队列不空时，有进程正在运行*/
   {
      run->cputime=run->cputime+1;
      run->needtime=run->needtime-1;
      run->prio=run->prio-3; /*每运行一次优先数降低3个单位*/
      if(run->needtime==0)  /*如所需时间为0将其插入完成队列*/
      {
     run->next=finish;
     finish=run;
     run->state='F';  /*置状态为完成态*/
     run=NULL;  /*运行队列头指针为空*/
     if(ready!=NULL) /*如就绪队列不空*/
        firstin(); /*将就绪对列的第一个进程投入运行*/
      }
      else /*没有运行完同时优先数不是最大，则将其变为就绪态插入到就绪队列*/
     if((ready!=NULL)&&(run->prio<ready->prio))
     {
        run->state='W';
        insert1(run);
        firstin(); /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/
     }
      prt(alg); /*输出进程PCB信息*/
   }
}
/*时间片轮转法*/
roundrun(char alg)
{
   while(run!=NULL)
   {
      run->cputime=run->cputime+1;
      run->needtime=run->needtime-1;
      run->count=run->count+1;
      if(run->needtime==0)/*运行完将其变为完成态，插入完成队列*/
      {
     run->next=finish;
     finish=run;
     run->state='F';
     run=NULL;
     if(ready!=NULL)
        firstin(); /*就绪对列不空，将第一个进程投入运行*/
      }
      else
     if(run->count==run->round)  /*如果时间片到*/
     {
        run->count=0;  /*计数器置0*/
        if(ready!=NULL) /*如就绪队列不空*/
        {
           run->state='W'; /*将进程插入到就绪队列中等待轮转*/
           insert2(run);
           firstin(); /*将就绪对列的第一个进程投入运行*/
        }
     }
            prt(alg); /*输出进程信息*/
   }
}
/*主函数*/
main()
{
   char flag;  /*算法标记*/
   //clrscr();
   printf("选择算法类型:P/R(优先算法/轮转法)\n");
   scanf("%c",&flag); /*输入字符确定算法*/
   printf("输入进程个数:\n");
   scanf("%d",&N); /*输入进程数*/
   if(flag=='P'||flag=='p')
   {
      create1(flag); /*优先数法*/
      priority(flag);
   }
   else
      if(flag=='R'||flag=='r')
      {
     create2(flag); /*轮转法*/
     roundrun(flag);
      }
}

6.运行截图

优先算法

轮转法

7.总结

      本次实验加深了我们在进程调度中对时间片轮转相关算法的理解，但实验对逻辑性要求很强，计算能力及综合性都较高，在实验编程时遇到了诸多困难。因此借鉴了网上的程序，此后还需加深对C语言的运用，并对进程调度算法进行巩固和加强。