操作系统：实验二作业调度模拟程序

实验二 作业调度模拟程序

专业：商业软件工程一班姓名：容杰龙学号：201406114157

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？	作业是用户提交给操作系统计算的一个独立任务。
2	一个作业具备什么信息？	作业由三部分组成，即程序、数据和作业说明书。一个作业可以包含多个程序和多个数据集，但必须至少包含一个程序。否则将不成为作业。
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	单个作业使用结构体，多个作业使用队列。
4	操作系统中，常用的作业调度算法有哪些？	先来先服务（FCFS）算法，最短作业优先 (SJF)算法，最短剩余时间优先算法，最高响应比优先(HRRN)算法，轮转法，多级反馈队列算法。
5	如何编程实现作业调度算法？	分析各种调度算法，理解算法过程，利用先来先服务（FCFS）算法，最短作业优先 (SJF)算法编程实现
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？	输入：读取文件的方式输出：以二维表关系的形式输出

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：

源代码：

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<ctype.h>
  3 #include<string.h>
  4 #include<stdlib.h>
  5 #include<time.h>
  6 struct jcb
  7 {
  8     char name[10];//作业名     
  9     char status;//状态
 10     int arrtime;//到达时间
 11     int reqtime;//要求服务时间
 12     int startime;//调度时间
 13     int finitime;//完成时间
 14     float waittime;//等待时间
 15     float TAtime;//周转时间
 16     float TAWtime;//带权周转时间
 17     float rp;//响应比
 18     int ip;
 19 }job[24];
 20 void sort(struct jcb temp[24],int count)
 21 {
 22     int i,j;
 23     struct jcb t;
 24     for(i=0;i<count-1;i++) //按进程到达时间的先后排序
 25     {                               //如果两个进程同时到达，按在屏幕先输入的先运行
 26         for(j=i+1;j<count;j++)
 27         { 
 28             if(temp[j].arrtime< temp[i].arrtime)
 29             {
 30                 t=temp[j];
 31                 temp[j]=temp[i];
 32                 temp[i]=t;
 33             }
 34 
 35         }
 36     }
 37     
 38 }
 39 void FCFS(struct jcb temp[24],int count)//先到先服务算法
 40 {
 41     int i=0;
 42     float averageruntime=0;
 43     float averageruntimerun=0;
 44     sort(temp,count);
 45     temp[i].startime =temp[i].arrtime;
 46     temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ;
 47     temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ;
 48     temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
 49     averageruntime=temp[i].TAtime;
 50     averageruntimerun=temp[i].TAWtime;
 51     for(i=1;i<count;i++)
 52     {
 53         temp[i].startime =temp[i-1].finitime ;
 54         temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ;
 55         temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ;
 56         temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
 57         averageruntime+=temp[i].TAtime;
 58         averageruntimerun+=temp[i].TAWtime;
 59 
 60     }
 61     printf("\t作业名 到达时间 要求服务时间 调度时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");
 62     for(i=0;i<count;i++)
 63     {
 64         printf("N%d\t%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t%f\t%f\n",i+1,job[i].name ,job[i].arrtime ,job[i].reqtime,job[i].startime ,job[i].finitime ,job[i].TAtime ,job[i].TAWtime  );
 65     }
 66     printf("平均周转时间是：%f\n",averageruntime/count);
 67     printf("平均周转时间是：%f\n",averageruntimerun/count);
 68 
 69 
 70 }
 71 
 72 void SJF(struct jcb temp[24],int count)//短作业优先算法
 73 {
 74      
 75     int i=0,j;
 76     struct jcb t;
 77     float averageruntime=0;
 78     float averageruntimerun=0;
 79     sort(temp,count);
 80     temp[i].startime =temp[i].arrtime;
 81     temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ;
 82     temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ;
 83     temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
 84     averageruntime=temp[i].TAtime;
 85     averageruntimerun=temp[i].TAWtime;
 86     for(i=1;i<count-1;i++) 
 87     {                               
 88         for(j=i+1;j<count;j++)
 89         { 
 90             if(temp[j].reqtime< temp[i].reqtime)
 91             {
 92                 t=temp[j];
 93                 temp[j]=temp[i];
 94                 temp[i]=t;
 95             }
 96 
 97         }
 98     }
 99     for(i=1;i<count;i++)
100     {
101         temp[i].startime =temp[i-1].finitime ;
102         temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ;
103         temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ;
104         temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
105         averageruntime+=temp[i].TAtime;
106         averageruntimerun+=temp[i].TAWtime;
107 
108 
109     }
110     printf("\t作业名 到达时间 要求服务时间 调度时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");
111     for(i=0;i<count;i++)
112     {
113         printf("N%d\t%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t%f\t%f\n",i+1,job[i].name ,job[i].arrtime ,job[i].reqtime,job[i].startime ,job[i].finitime ,job[i].TAtime ,job[i].TAWtime  );
114     }
115     printf("平均周转时间是：%f\n",averageruntime/count);
116     printf("平均周转时间是：%f\n",averageruntimerun/count);
117 
118     
119 }
120 
121 void HRRN(struct jcb temp[24],int count)//响应比高者优先算法
122 {
123     int i=0,j;
124     struct jcb t;
125     float averageruntime=0;
126     float averageruntimerun=0;
127     sort(temp,count);
128     temp[i].startime =temp[i].arrtime;
129     temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ;
130     temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ;
131     temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
132     temp[i].waittime=temp[i].startime-temp[i].arrtime;
133 
134     temp[i].rp=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
135     averageruntime=temp[i].TAtime;
136     averageruntimerun=temp[i].TAWtime;
137     for(i=1;i<count;i++)
138     {
139         temp[i].startime =temp[i-1].finitime ;
140         temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ;
141         temp[i].waittime=temp[i].startime-temp[i].arrtime;
142         temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ;
143         temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
144         temp[i].rp=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
145         
146 
147     }
148     for(i=1;i<count-1;i++) 
149     {                               
150         for(j=i+1;j<count;j++)
151         { 
152             if(temp[j].rp< temp[i].rp)
153             {
154                 t=temp[j];
155                 temp[j]=temp[i];
156                 temp[i]=t;
157             }
158 
159         }
160     }
161     for(i=1;i<count;i++)
162     {
163         temp[i].startime =temp[i-1].finitime ;
164         temp[i].finitime =temp[i].reqtime +temp[i].startime ;
165         temp[i].TAtime =temp[i].finitime -temp[i].arrtime ;
166         temp[i].TAWtime =temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
167         averageruntime+=temp[i].TAtime;
168         averageruntimerun+=temp[i].TAWtime;
169 
170 
171     }
172     printf("\t作业名 到达时间 要求服务时间 调度时间 完成时间 周转时间 带权周转时间\n");
173     for(i=0;i<count;i++)
174     {
175         printf("N%d\t%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t%f\t%f\n",i+1,job[i].name ,job[i].arrtime ,job[i].reqtime,job[i].startime ,job[i].finitime ,job[i].TAtime ,job[i].TAWtime  );
176     }
177     printf("平均周转时间是：%f\n",averageruntime/count);
178     printf("平均周转时间是：%f\n",averageruntimerun/count);
179 
180     
181 }
182 int ReadFile()
183 {
184    
185     int i=0;
186     FILE *fp;     //定义文件指针
187     fp=fopen("3.txt","r");  //打开文件
188     if(fp==NULL)
189     {
190         printf("File open error !\n");
191         exit(0);
192     }
193     printf("\n id    作业到达时间     作业运行所需要时间\n");
194     while(!feof(fp))
195     {
196         fscanf(fp,"%s%d%d",&job[i].name,&job[i].arrtime,&job[i].reqtime);  //fscanf()函数将数据读入
197         printf("\n%3s%12d%15d",job[i].name,job[i].arrtime,job[i].reqtime);  //输出到屏幕
198         i++;
199     };
200 
201     if(fclose(fp))     //关闭文件
202     {
203         printf("Can not close the file !\n");
204         exit(0);
205     }
206    
207     return i;
208 
209 }
210 
211 //伪随机数产生器
212 int Pseudo_random_number()
213 {
214     int i,n;
215     srand((unsigned)time(0));  //参数seed是rand()的种子，用来初始化rand()的起始值。
216     //输入作业数
217     n=rand()%23+5;
218     for(i=0; i<n; i++)
219     {
220         job[i].ip=i+1;
221         //作业到达时间
222         job[i].arrtime=rand()%29+1;
223         //作业运行时间
224         job[i].reqtime=rand()%7+1;
225     }
226     printf("\n id    作业到达时间     作业运行所需要时间\n");
227     for(i=0; i<n; i++)
228     {
229         printf("\n%3d%12d%15d",job[i].ip,job[i].arrtime,job[i].reqtime);
230     }
231     return n;
232 
233 }
234 
235 
236 int main()
237 { 
238     int i,count,select;
239     printf("**************************************************\n");
240     printf("1、调用文本写入数据\n");
241     printf("2、调用伪随机数的产生数据\n");
242     printf("3、调用自己输入模拟数据\n");
243     printf("**************************************************\n\n");
244     printf("请选择菜单项：");
245     scanf("%d",&select);
246     while(select<1||select>3)
247     {
248         printf("输入有误，请重新输入:");
249         scanf("%d",&select);
250     }
251     if(select==1)
252     {
253         count=ReadFile();
254     }
255     else if(select==2)
256     {
257        count=Pseudo_random_number();
258     }
259     else if(select==3)
260     {
261         printf("请输入作业个数：");
262         scanf("%d",&count);
263         while(count<2&&count>24)
264         {
265             printf("输入有误，请重新输入:");
266             scanf("%d",&count);
267         
268         }
269 
270         printf("\n\n");
271         for(i=0;i<count;i++)
272         {
273         printf("第%d个作业：\n",i+1);
274         printf("输入作业名：");
275         scanf("%s",job[i].name);
276         printf("到达时间：" );
277         scanf("%d",&job[i].arrtime);
278         printf("要求服务时间：");
279         scanf("%d",&job[i].reqtime );
280         printf("\n");
281         }
282         printf("经按到达时间排序后，未达到队列是\n");
283         printf("\t作业名\t到达时间\t要求服务时间\n");
284         for(i=0;i<count;i++)
285         {
286         printf("N%d\t%s\t%d\t%d\n",i+1,job[i].name ,job[i].arrtime ,job[i].reqtime);
287         }
288 
289     }
290     while(1){
291     printf("\n---------------请选择作业调度算法----------------\n");
292     printf("1:采用先来先服务 (FCFS) 调度算法\n2:采用短作业优先 (SJF) 调度算法\n3:采用响应比高者优先 (HRRN) 调度算法\n0:退出算法调度");
293     printf("\n**************************************************\n");
294     printf("请选择菜单项：");
295     scanf("%d",&select);
296     while(select<0||select>3)
297     {
298         printf("输入有误，请重新输入:");
299         scanf("%d",&select);
300         
301     }
302 
303     if(select==1)
304     {
305            printf("------先来先服务 (FCFS) 调度算法------\n");
306         FCFS(job,count);
307 
308     }
309     else if(select==2)
310     {
311             printf("------短作业优先 (SJF)调度算法------\n");
312             SJF(job,count);
313        
314     }
315     else if(select==3)
316     {
317         printf("------响应比高者优先 (HRRN)调度算法------\n");
318         HRRN(job,count);
319        
320     }
321     else if(select==0)
322         exit(0);
323     }
324 
325     return 0;
326 }