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" 2 #include <stdlib.h> 3 #include <conio.h> 4 #define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)) 5 #define N 3 6 struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */ 7 char name[10]; 8 char status; 9 int prio; 10 int ntime; 11 int rtime; 12 struct pcb* link; 13 }*ready=NULL,*p; 14 15 typedef struct pcb PCB; 16 17 18 sort() /* 进程进行优先级排列函数*/ 19 { 20 PCB *first, *second; 21 int insert=0; 22 if((ready==NULL)||((p->prio)>(ready->prio))) /*优先级最大者,插入队首*/ 23 { 24 p->link=ready; 25 ready=p; 26 } 27 else /* 进程比较优先级,插入适当的位置中*/ 28 { 29 first=ready; 30 second=first->link; 31 while(second!=NULL) 32 { 33 if((p->prio)>(second->prio)) /*若插入进程比当前进程优先数大,*/ 34 { /*插入到当前进程前面*/ 35 p->link=second; 36 first->link=p; 37 second=NULL; 38 insert=1; 39 } 40 else /* 插入进程优先数最低,则插入到队尾*/ 41 { 42 first=first->link; 43 second=second->link; 44 } 45 } 46 if(insert==0) first->link=p; 47 } 48 } 49 50 input() /* 建立进程控制块函数*/ 51 { 52 int i,num; 53 /*clrscr(); */ /*清屏*/ 54 printf("\n 请输入进程数?"); 55 scanf("%d",&num); 56 for(i=0;i<num;i++) 57 { 58 printf("\n 进程号No.%d:\n",i); 59 p=getpch(PCB); /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */ 60 printf("\n 输入进程名:"); 61 scanf("%s",p->name); 62 /*printf("\n 输入进程优先数:"); 63 scanf("%d",&p->prio); */ 64 p->prio=N; 65 printf("\n 输入进程运行时间:"); 66 scanf("%d",&p->ntime); 67 printf("\n"); 68 p->rtime=0;p->status='r'; 69 p->link=NULL; 70 sort(); /* 调用sort函数*/ 71 } 72 73 } 74 75 76 int space() 77 { 78 int l=0; PCB* pr=ready; 79 while(pr!=NULL) 80 { 81 l++; 82 pr=pr->link; 83 } 84 return(l); 85 } 86 87 88 disp(PCB * pr) /*单个进程显示函数*/ 89 { 90 91 printf("|%s\t",pr->name); 92 printf("|%c\t",pr->status); 93 printf("|%d\t",pr->prio); 94 printf("|%d\t",pr->ntime); 95 printf("|%d\t",pr->rtime); 96 printf("\n"); 97 } 98 99 void printbyprio(int prio) 100 { 101 PCB* pr; 102 pr=ready; 103 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*/ 104 printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n"); 105 while(pr!=NULL) 106 { 107 if (pr->prio==prio) disp(pr); 108 pr=pr->link; 109 } 110 } 111 112 check() /* 显示所有进程状态函数 */ 113 { 114 PCB* pr; 115 int i; 116 printf("\n /\\/\\/\\/\\当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/ 117 printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n"); 118 disp(p); 119 120 printf("\n 当前就绪队列状态为:\n"); /*显示就绪队列状态*/ 121 for(i=N;i>=1;i--) 122 printbyprio(i); 123 /* 124 while(pr!=NULL) 125 { 126 disp(pr); 127 pr=pr->link; 128 } 129 */ 130 } 131 132 133 destroy() /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/ 134 { 135 printf("\n 进程 [%s] 已完成.\n",p->name); 136 free(p); 137 } 138 139 140 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*/ 141 { 142 int slice,i; 143 slice=1; 144 for(i=1;i<((N+1)-p->prio);i++) 145 slice=slice*2; 146 147 for(i=1;i<=slice;i++) 148 { 149 (p->rtime)++; 150 if (p->rtime==p->ntime) 151 break; 152 153 } 154 if(p->rtime==p->ntime) 155 destroy(); /* 调用destroy函数*/ 156 else 157 { 158 if(p->prio>1) (p->prio)--; 159 p->status='r'; 160 sort(); /*调用sort函数*/ 161 } 162 } 163 void cteatpdisp() 164 /*显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程*/ 165 { 166 167 int i; 168 169 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*/ 170 for(i=N;i>=1;i--) 171 printbyprio(i); 172 } 173 void creatp() 174 { 175 char temp; 176 printf("\nCreat one more process?type Y (yes)"); 177 scanf("%c",&temp); 178 if (temp=='y'||temp=='Y') 179 { 180 input(); 181 cteatpdisp(); 182 } 183 184 } 185 186 187 main() /*主函数*/ 188 { 189 int len,h=0; 190 char ch; 191 input(); 192 len=space(); 193 while((len!=0)&&(ready!=NULL)) 194 { 195 ch=getchar(); 196 /*getchar();*/ 197 h++; 198 printf("\n The execute number:%d \n",h); 199 p=ready; 200 ready=p->link; 201 p->link=NULL; 202 p->status='R'; 203 check(); 204 running(); 205 creatp(); 206 printf("\n 按任一键继续......"); 207 ch=getchar(); 208 } 209 printf("\n\n 进程已经完成.\n"); 210 ch=getchar(); 211 ch=getchar(); 212 }
