进程调度模拟程序

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。

 

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。

 

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）：

 

 

 

5.参考代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct PCB{
    char p_name[20];
    int p_priority;
    int p_needTime;a
    int p_runTime;
    char p_state;
    struct PCB* next;
};

void HighPriority();
void RoundRobin();
void Information();
char Choice();
struct PCB* SortList(PCB* HL);

int main()
{
    Information();
    char choice = Choice();
    switch(choice)
    {
        case '1':
            system("cls");
            HighPriority();
            break;
        case '2':
            system("cls");
            RoundRobin();
            break;
        default:
            break;
    }
    system("pause");
    return 0;
}

void Information()
{
    printf("\n\n");
    printf("              *********************************************             \n");
    printf("                            模拟进程调度算法\n");
    printf("              *********************************************             \n\n\n");    
    printf("                       班    级：  网络工程班\n");
    printf("                       姓    名：  张文雅\n");
    printf("                       学    号：  201306114136\n");
    printf("                       实验日期： 2015年05月17日\n\n\n\n\n\n");
    printf("                         按回车键进入演示程序");
    getchar();
    system("cls");
}
char Choice()
{
    printf("\n\n");
    printf("              *********************************************             \n");
    printf("                              进程调度演示\n");
    printf("              *********************************************             \n\n\n");    
    printf("                        1.演示最高优先数优先算法。\n");
    printf("                        2.演示轮转法算法。\n");
    printf("                        3.退出程序。\n\n\n\n");
    printf("                            选择进程调度方法:");     
    char ch = getchar();
    return ch;
    system("cls");
}
void HighPriority()
{
    struct PCB *processes, *pt;
    //pt作为临时节点来创建链表
    processes = pt = (struct PCB*)malloc(sizeof(struct PCB));    
    for (int i = 0; i != 5; ++i)
    {
        struct PCB *p = (struct PCB*)malloc(sizeof(struct PCB));
        printf("进程号No.%d：\n", i);
        printf("输入进程名：");
        scanf("%s", p->p_name);
        printf("输入进程优先数：");
        scanf("%d", &p->p_priority);
        printf("输入进程运行时间：");
        scanf("%d", &p->p_needTime);
        p->p_runTime = 0;
        p->p_state = 'W';
        p->next = NULL;
        pt->next = p;
        pt = p;
        printf("\n\n");
    }
    getchar();  //接受回车
    //processes作为头结点来存储链表
    processes = processes->next;
    int cases = 0;
    struct PCB *psorted = processes;
    while (1)
    {
        ++cases;
        pt = processes; 
        //对链表按照优先数排序
        //psorted用来存放排序后的链表
        psorted = SortList(psorted);
        printf("The execute number: %d\n\n", cases);
        printf("**** 当前正在运行的进程是：%s\n", psorted->p_name);
        psorted->p_state = 'R';
        printf("qname    state    super    ndtime    runtime\n");
        printf("%s\t%c\t%d\t%d\t%d\t\n\n", psorted->p_name, psorted->p_state, psorted->p_priority, psorted->p_needTime, psorted->p_runTime);
        pt->p_state = 'W';
        psorted->p_runTime++;
        psorted->p_priority--;
        printf("**** 当前就绪状态的队列为：\n\n");
        //pt指向已经排序的队列
        pt = psorted->next;
        while (pt != NULL)
        {
            printf("qname    state    super    ndtime    runtime\n");
            printf("%s\t%c\t%d\t%d\t%d\t\n\n", pt->p_name, pt->p_state, pt->p_priority, pt->p_needTime, pt->p_runTime);
            pt = pt->next;
        }
        //pt指向已经排序的链表，判断链表是否有已用时间啊等于需要时间的
        pt = psorted;
        struct PCB *ap;
        ap = NULL; //ap指向pt的前一个节点
        while (pt != NULL)
        {
            if (pt->p_needTime == pt->p_runTime)
            {
                if (ap == NULL)
                {
                    pt = psorted->next;
                    psorted = pt;
                }
                else
                    ap->next = pt->next;
            }
            ap = pt;
            pt = pt->next;
        }
        if (psorted->next == NULL)
            break;
        getchar();
    }
}
struct PCB* SortList(PCB* HL)
{
    struct PCB* SL;
    SL = (struct PCB*)malloc(sizeof(struct PCB));
    SL = NULL;

    struct PCB* r = HL;
    while (r != NULL)
    {
        struct PCB* t = r->next;
        struct PCB* cp = SL;
        struct PCB* ap = NULL;
        while (cp != NULL)
        {
            if (r->p_priority > cp->p_priority)
                break;
            else
            {
                ap = cp;
                cp = cp->next;
            }
        }
        if (ap == NULL)
        {
            r->next = SL;
            SL = r;
        }
        else
        {
            r->next = cp;
            ap->next = r;
        }
        r = t;
    }
    return SL;
}
//轮转算法
void RoundRobin()
{
    struct PCB *processes, *pt;
    //pt作为临时节点来创建链表
    processes = pt = (struct PCB*)malloc(sizeof(struct PCB));    
    for (int i = 0; i != 5; ++i)
    {
        struct PCB *p = (struct PCB*)malloc(sizeof(struct PCB));
        printf("进程号No.%d：\n", i);
        printf("输入进程名：");
        scanf("%s", p->p_name);
        printf("输入进程运行时间：");
        scanf("%d", &p->p_needTime);
        p->p_runTime = 0;
        p->p_state = 'W';
        p->next = NULL;
        pt->next = p;
        pt = p;
        printf("\n\n");
    }
    getchar();  //接受回车
    //processes作为头结点来存储链表
    processes = processes->next;
    int cases = 0;
    while (1)
    {
        ++cases;
        pt = processes; 
        printf("The execute number: %d\n\n", cases);
        printf("**** 当前正在运行的进程是：%s\n", pt->p_name);
        pt->p_state = 'R';
        printf("qname    state    super    ndtime    runtime\n");
        printf("%s\t%c\t%d\t%d\t%d\t\n\n", pt->p_name, pt->p_state, pt->p_priority, pt->p_needTime, pt->p_runTime);
        pt->p_state = 'W';
        pt->p_runTime++;
        pt->p_priority--;
        printf("**** 当前就绪状态的队列为：\n\n");
        pt = pt->next;
        while (pt != NULL)
        {
            printf("qname    state    super    ndtime    runtime\n");
            printf("%s\t%c\t%d\t%d\t%d\t\n\n", pt->p_name, pt->p_state, pt->p_priority, pt->p_needTime, pt->p_runTime);
            pt = pt->next;
        }
        //检测是否运行时间等于需要时间，是的话从队列里面删除，不是的话加到队列最尾部
        pt = processes;
        if (pt->p_needTime == pt->p_runTime)
        {
            pt->p_state = 'C';
            pt = processes->next;
            processes = pt;
        }
        else
        {
            if (pt ->next != NULL)
            {
                //寻找最后一个节点
                while (pt->next != NULL)
                    pt = pt->next;
                struct PCB* ptem;//临时节点用来帮助把头结点插到尾部
                ptem = processes->next;
                pt->next = processes;
                processes->next = NULL;
                processes = ptem;
            }
        }
        pt = processes;
        if (pt == NULL)
            break;
        getchar();
    }
}



运行结果：
x

 实验总结：编代码需要细心以及耐心，一开始错误连连，通过参考资料，不断修整代码，不厌其烦地纠正一个个错误，直至运行成功与运算正确，这个过程虽略有辛苦，但也充满了欢乐，正是所谓的乐在苦中吧。