【操作系统】实验三、进程调度模拟程序实验
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
可以选用Turbo C作为开发环境。也可以选用Windows下的VB，CB等可视化环境，利用各种控件较为方便。自主选择实验环境。
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）：
#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() /* 建立进程控制块函数*/ { int i,num; printf("\n 请输入进程数:"); scanf("%d",&num); count=num; for(i=0;i<num;i++) { printf("\n 进程号No.%d:\n",i); printf("\n 输入进程名:"); scanf("%s",pcb[i].name); printf("\n 输入进程到达时间:"); scanf("%d",&pcb[i].atime); printf("\n 输入进程运行时间:"); scanf("%d",&pcb[i].ntime); printf("\n"); pcb[i].runtime=0; pcb[i].status='r'; pcb[i].restime=pcb[i].ntime; } sort2(); printf("\n\n--------------FCFS排序之后-----------------\n"); printf("进程名 到达时间 需要运行时间\n"); for(i=0;i<num;i++) { printf("%s %d %d \n",pcb[i].name,pcb[i].atime,pcb[i].ntime); } } sort2() { 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("\n 请输入进程数:"); scanf("%d",&num); for(i=0;i<num;i++) { printf("\n 进程号No.%d:\n",i); p=getpch(PCB); /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */ printf("\n 输入进程名:"); scanf("%s",p->name); /*printf("\n 输入进程优先数:"); scanf("%d",&p->prio); */ p->prio=N; printf("\n 输入进程运行时间:"); scanf("%d",&p->ntime); printf("\n"); 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\t",pr->name); printf("|%c\t",pr->status); printf("|%d\t",pr->prio); printf("|%d\t",pr->ntime); printf("|%d\t",pr->rtime); printf("\n"); } void printbyprio(int prio) { PCB* pr; pr=ready; printf("\n ****当前第%d级队列(优先数为%d)的就绪进程有:\n",(N+1)-prio,prio); /*显示就绪队列状态*/ printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n"); 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("\n /\\/\\/\\/\\当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/ printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n"); disp(p); printf("\n 当前就绪队列状态为:\n"); /*显示就绪队列状态*/ for(i=N;i>=1;i--) printbyprio(i); /* 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("\n 进程 [%s] 已完成.\n",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(); /* 调用destroy函数*/ else { if(p->prio>1) (p->prio)--; p->status='r'; sort(); /*调用sort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("\n 当增加新进程后,所有就绪队列中的进程(此时无运行进程):\n"); /*显示就绪队列状态*/ for(i=N;i>=1;i--) printbyprio(i); } void creatp() { char temp; printf("\nCreat one more process?type Y (yes)"); scanf("%c",&temp); if (temp=='y'||temp=='Y') { input(); cteatpdisp(); } } 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("\n The execute number:%d \n",h); p=ready; ready=p->link; p->link=NULL; p->status='R'; check(); running(); creatp(); printf("\n 按任一键继续......"); ch=getchar(); } printf("\n\n 进程已经完成.\n"); 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("\n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\n",pcb[0].name); if(count!=0){ QueueSort1(); printf("当前正在运行进程是:%s\n",pcb[0].name); } if(count>=1) for(k=1;k<count;k++) printf("进程%s正在等待\n",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\n",pcb[0].name); } if(count>=1) for(k=1;k<count;k++) printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name); } } else{ if(pcb[0].restime==0) { printf("进程%s已完成\n",pcb[0].name); if(count!=0){ QueueSort1(); printf("进程%s正在运行\n",pcb[0].name); } if(count>=1) for(k=1;k<count;k++) printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name); } else{ pcb[0].restime--; if(count!=0) printf("进程%s正在运行\n",pcb[0].name); if(count>=1) for(k=1;k<count;k++) printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name); } } timeflag++; printf("\n 按任一键继续......"); ch=getchar(); ch=getchar(); } printf("\n\n 全部进程已经完成.\n"); } main() /*主函数*/ { int select; printf("-------------------请选择进程调度算法----------------------\n"); printf("0:退出\n1:采用最高优先数优先调度算法\n2:采用基于时间片轮转法调度算法\n"); printf("请选择："); scanf("%d",&select); if(select==1) { PRIO(); } else if(select==2) { RR(); } else if(select==0) { exit(0); } }
