4.18 进程调度模拟算法

一、实验目的

进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求用高级语言编写模拟进程调度程序，以便加深理解有关进程控制快、进程队列等概念，并体会和了解优先数算法和时间片轮转算法的具体实施办法。

二、实验内容和要求

1. 设计进程控制块PCB的结构，通常应包括：进程名、进程优先数（或轮转时间片数）、进程已占用的CPU时间、进程到完成还需要的时间、进程的状态、当前队列指针等。
2. 编写两种调度算法程序：

1)      优先数调度算法程序；

2)      循环轮转调度算法程序。

1. 将程序源代码和运行截图写入实验报告并提交。

三、实验步骤

1. 实验准备

(1)   查阅相关资料；

(2)   初步编写程序；

(3)   准备测试数据；

(4)   设计数据结构

1. 上机调试
2. 主要流程和源代码

   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <string.h>
   #include <windows.h>
   
   // 进程控制块数据结构
   typedef struct node
   {
     char name[20];     /*进程的名字*/
     int prio;          /* 进程的优先级*/
     int round;         /* 分配 CPU 的时间片*/
     int cputime;       /* CPU 执行时间*/
     int needtime;      /* 进程执行所需要的时间*/
     char state;        /* 进程的状态， W——就绪态， R——执行态， F——完成态*/
     int count;         /* 记录执行的次数*/
     struct node *next; /* 链表指针*/
   } PCB;
   PCB *ready = NULL, *run = NULL, *finish = NULL, *tail = NULL; /*定义三个队列，就绪队列头，执行队列头和完成队列头，就绪队列尾*/
   int N;
   void firstin(void);              //调度就绪队列的第一个进程投入运行
   void print1(char a);             //打印表头行信息
   void print2(char chose, PCB *p); //打印每一行的状态信息
   void insert_prio(PCB *q);        //在优先数算法中，将尚未完成的PCB按优先顺序插入到就绪队列中
   void prior_init(char chose);     //在进程优先级法初始化将进程按优先级插入到就绪队列中
   void priority(char chose);       //进程优先级算法总函数
   void insert_rr(PCB *q);          //在轮转法中，将执行了一个时间单位片（为2），但尚未完成的进程的PCB，插入到就绪队列的队尾
   void roundrun_init(char chose);  //循环轮转法初始化将就绪队列保存为FIFO队列
   void roundrun(char chose);       //循环轮转法总算法
   
   void main() //主函数
   {
     char chose = ' ';
     while ((chose != 'q') && (chose != 'Q'))
     {
       fflush(stdin);
       printf("选择进程优先级算法请输入P,选择循环轮转算法请输入R,退出请输入Q\n");
       printf("请输入你的选择：");
       scanf("%c", &chose);
       if ((chose != 'q') && (chose != 'Q'))
       {
         system("cls");
         if ((chose == 'P') || (chose == 'p'))
         {
           prior_init(chose);
           priority(chose);
           system("cls");
         }
         else if ((chose == 'r') || (chose == 'R'))
         {
           roundrun_init(chose);
           roundrun(chose);
           system("cls");
         }
       }
     }
     printf("谢谢使用！\n");
   }
   
   void firstin(void) //调度就绪队列的第一个进程投入运行
   {
     if (ready != NULL)
     {
       run = ready;
       ready = ready->next;
       run->state = 'R';
       run->next = NULL;
     }
     else
     {
       run = NULL;
     }
   }
   
   void print1(char a) // 打印表头行信息
   {
     if (toupper(a) == 'P')
     {
       printf("name cputime needtime priority state \n");
     }
     else
     {
       printf("name cputime needtime count round state \n");
     }
   }
   
   void print2(char chose, PCB *p) //打印每一行的状态信息
   {
     if (toupper(chose) == 'P')
     {
       printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%c\n", p->name, p->cputime, p->needtime, p->prio, p->state);
     }
     else
     {
       printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t%c\n", p->name, p->cputime, p->needtime, p->count, p->round, p->state);
     }
   }
   
   void print(char chose) //打印每执行一次算法后所有的进程的状态信息
   {
     PCB *p;
     print1(chose);
     if (run != NULL)
     {
       print2(chose, run);
     }
     p = ready;
     while (p != NULL)
     {
       print2(chose, p);
       p = p->next;
     }
     p = finish;
     while (p != NULL)
     {
       print2(chose, p);
       p = p->next;
     }
   }
   
   void insert_prio(PCB *q) /*在优先数算法中,将尚未完成的PCB按优先数顺序插入到就绪队列中;*/
   {
     PCB *p, *s, *r; /* p,r用来控制就绪队列滚动，S指向插入的队列*/
     s = q;
     p = ready;
     r - p;
     if (s->prio > ready->prio) //要插入的进程的优先级大于ready 的优先级{
     {
       s->next = ready;
       ready = s;
     }
     else //要插入的进程的优先级不大于ready 的优先级
     {
       while (p)
       {
         if (p->prio >= s->prio)
         {
           r = p;
           p = p->next;
         }
         else
           break;
       } // 找到要插入的位置
       s->next = p;
       r->next = s;
     }
   }
   
   void prior_init(char chose) /*进程优先级法初始化将进程按优先级插入到就绪队列里*/
   {
     PCB *p;
     int i, time;
     char na[10];
     ready = NULL;
     finish = NULL;
     run = NULL;
     printf("输入进程的个数N:\n");
     scanf("%d", &N);
     for (i = 0; i < N; i++)
     {
       p = (PCB *)malloc(sizeof(PCB));
       printf("输入第%d个进程名\n", i + 1);
       scanf("%s", na);
       printf("完成进程需要的时间片数\n");
       scanf("%d", &time);
       strcpy(p->name, na);
       p->cputime = 0;
       p->needtime = time;
       p->state = 'W';
       p->prio = 50 - time; // 设置进程优先值初值
       if (ready == NULL)
       {
         ready = p;
         ready->next = NULL;
       }
       else
       {
         insert_prio(p);
       }
       printf("当前就绪队列的进程的信息\n");
       print(chose);
     }
     printf("%d个进程已按优先级从高到低进到就绪队列中\n", N);
     printf("按回车键开始模拟优先级算法....\n");
     fflush(stdin);
     getchar();
     firstin();
   }
   
   void priority(char chose) //进程优先级算法总函数
   {
     int i = 1;
     while (run != NULL)
     {
       run->cputime += 1;
       run->needtime -= 1;
       run->prio -= 1;
       if (run->needtime == 0)
       {
         run->next = finish;
         finish = run;
         run->state = 'F';
         run->prio = 0;
         run = NULL;
         firstin();
       }
       else
       {
         if ((ready != NULL) && (run->prio < ready->prio))
         {
           run->state = 'W';
           insert_prio(run);
           run = NULL;
           firstin();
         }
       }
       print(chose);
     }
     getchar();
   }
   
   void insert_rr(PCB *q) //在轮转法中，将执行了一个时间片单位（为2),//但尚未完成的进程的PCB，插到就绪队列的队尾;
   {
     tail->next = q;
     tail = q;
     q->next = NULL;
   }
   
   void roundrun_init(char chose) /*循环轮转法初始化将就绪队列保存为FIFO队列*/
   {
     PCB *p;
     int i, time;
     char na[10];
     ready = NULL;
     finish = NULL;
     run = NULL;
     printf("\t\t循环轮转算法模拟全过程\n\n");
     printf("输入进程的个数N:\n");
     scanf("%d", &N);
     for (i = 0; i < N; i++)
     {
       p = (PCB *)malloc(sizeof(PCB));
       printf("输入第%d个进程名\n", i + 1);
       scanf("%s", na);
       printf("完成进程需要的时间片数\n");
       scanf("%d", &time);
       strcpy(p->name, na);
       p->cputime = 0;
       p->needtime = time;
       p->count = 0;
       p->state = 'W';
       p->round = 2;
   
       if (ready != NULL)
       {
         insert_rr(p);
       }
       else
       {
         p->next = ready;
         ready = p;
         tail = p;
       }
       printf("当前就绪队列的进程的信息\n");
       print(chose);
     }
     printf("%d 个进程已按FIFO进到就绪队列中\n", N);
     printf("按回车键开始模循环轮转算法......\n");
     fflush(stdin);
     getchar();
     run = ready;
     ready = ready->next;
     run->state = 'R';
   }
   
   void roundrun(char chose) //循环轮转法总算法
   {
     int i = 1;
     while (run != NULL)
     {
       run->cputime += 1;
       run->needtime -= 1;
       run->count += 1;
       if (run->needtime == 0)
       {
         run->next = finish;
         finish = run;
         run->state = 'F';
         run->prio = 0;
         run = NULL;
         if (ready != NULL)
         {
           firstin();
         }
       }
       else
       {
         if (run->count = run->round)
         {
           run->count = 0;
           if (ready != NULL)
           {
             run->state = 'W';
             insert_rr(run);
             firstin();
           }
         }
       }
       print(chose);
     }
     getchar();
   }

   1. 遇到的主要问题和解决方法

   (1)   主要还是在利用指针处理时感觉很困难，实验中设计了结构指针用来指向PCB结构，PCB结构中又有链表指针。为此必须时时防止出现野指针，程序崩溃。

   (2)   反复纠正之后解决了错误，得到了最终无误的结果

   四、实验结果

   1.源代码行数：312

   2.测试数据：

   优先数调度算法测试数据:

   A1   2

   A2   3

   A3   4

   A4   2

   A5   4

   时间片轮转调度算法测试数据：

   A1   3

   A2   2

   A3   4

   A4   2

   A5   1