0422-操作系统-实验二 作业调度模拟程序
一、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。
二、实验内容和要求
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
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序号 |
准备内容 |
完成情况 |
|
1
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什么是作业？ |
作业是操作系统中一个常见的概念。关于什么是作业，有两个方面的解释。 一个是从用户角度看作业，另一个是从系统的角度来看作业。从用户的角度，可以从逻辑上抽象地(并非精确地)描述作业的定义，而从系统的角度，则可以定义出作业的组织形式。 |
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2 |
一个作业具备什么信息？ |
作业号、开始运行时间、到达时间、运行时间、完成时间、等待时间、周转时间、带权周转时间 |
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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？ |
单个作业使用结构体，多个作业使用队列 |
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4 |
操作系统中，常用的作业调度算法有哪些？ |
①先到先服务 ②短作业优先 ③响应比高者优先 |
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5 |
如何编程实现作业调度算法？ |
单个作业定义结构体，多个作业使用队列 |
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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？ |
使用更多的提示语，提醒用户输入。 |
（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。
三、实验方法、步骤及结果测试
1.源程序名：压缩包文件（rar或zip）中源程序名job.c
可执行程序名：job.exe
2.原理分析及流程图
主要总体设计问题。
(包括存储结构，主要算法，关键函数的实现等)
3.主要程序段及其解释：
#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("第%d个 \n",i+1);
scanf("%c",&a[i].name);
printf("作业名称是:");
scanf("%s",&a[i].name);
printf("\n");
printf("到达时间:");
scanf("%d",&a[i].starttime);
printf("\n");
printf("运行时间:");
scanf("%d",&a[i].needtime);
printf("\n");
}
}
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'\0'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("现在系统时间为:0\n");
printf("\t作业名 到达系统时间 需要运行时间 周转时间 完成时间 \t带权周转时间\n");
for(i=0;i<n;i++)
{
printf("%10s%12d%12d%12d%12d\t%10lf\n",a[i].name,a[i].starttime,a[i].needtime,a[i].runtime,a[i].endtime,a[i].DQZZ_Time);
//printf("名称：%s",a[i].name);
sum_Time+=a[i].runtime;
sum_DQ+=a[i].DQZZ_Time;
}
printf("平均作业周转时间为:%.2lf\n",sum_Time*1.0/n);
printf("平均带权作业周转时间为:%.2lf\n",sum_DQ*1.0/n);
printf("\n");
}
int main()
{
int n,i;
printf("请输入进程数:");
scanf("%d",&n);
input(n);
output(n);
while(1)
{
printf("************算法选择************\n1.先来先服务FCFS\n2.最短作业优先SJF\n3.最高响应比优先\n4.退出\n");
scanf("%d",&i);
if(i==1)
{
printf("\t\t\t\t1.先来先服务FCFS\n");
FCFS(n);
output(n);
}
if(i==2)
{
printf("\t\t\t\t2.最短作业优先SJF\n");
SJF(n);
output(n);
}
if(i==3)
{
printf("\t\t\t\t3.最高响应比优先\n");
HRRF(n);
output(n);
}
if(i==4)
{
exit(0);
}
}
}
运行结果：
总结：
这次的作业中，进程调度中，FCFS算法能够有所掌握，对于最短作业和响应比算法的存在一些疑惑，通过同学帮助才完成代码编写。
