模拟简单进程调度实验
一、实验目的及要求
1. 用C语言编写和调试一个模拟进程调度程序，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解，模拟过程的数据结构和算法符合主流操作系统的进程调度规则(从第2点开始给出过程规则)。
2. 进程调度算法：采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）。
3. 每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。
4. 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）。
5. 每个进程的状态可以是就绪 W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。
6. 进程的运行时间以时间片为单位进行计算。
7. 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。
8. 采用最高优先数算法的动态优先数法则控制进程：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CPU。
9. 每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的PCB，以便进行检查。
10. 重复以上过程，直到所要进程都完成为止。
二、实验内容与步骤
1．数据结构
1.1 进程控制块结构PCB：是struct定义的结构体，定义如下：
typedef struct pcb
{
char qname[20];/*进程名*/
char state; /*进程状态*/
int super; /*进程优先级*/
int ndtime; /*进程需要运行的时间*/
int runtime; /*进程已运行的时间*/
int cpu; /*进程当前获得的时间片大小*/
}PCB;
1.2 队列结点Node，结点储存PCB信息，定义如下：
typedef struct node
{
PCB data; /*结点数据*/
struct node *next; /*指向下一结点的指针*/
}Node;
1.3 由队列结点Node扩展的队列Queue,定义如下：
typedef struct queue
{
Node *front;/*队首*/
Node *rear;/*队尾*/
}Queue;
2．相关函数
2.1 判断一个队列q是否为空的函数int is_empty(Queue *q);
2.2 将进程控制块x加入队列q的函数void enqueue(PCB x,Queue *q);
2.3 删除队列q的队首进程，将其值赋给x并修改状态的函数void dequeue(PCB *x,Queue *q);
该函数将队列q的队首进程删除，由于可能该进程未运行完毕，需进入下一优先级队列， 所以先修改其结构体内成员变量：已运行时间为上次已运行时间加上这次获得的cpu时间；优先级减1（若该进程已是最低优先级，则将在主控过程中恢复）；下次获得的时间片为这次的时间片加1。然后将修改后的进程赋给一个临时PCB变量x，以便将x插入下一优先级队列。
2.4 主函数
利用上述的数据结构和函数实现模拟进程调度。
3. 进程产生模拟
通过标准输入模拟产生进程：先要求输入进程数目，再依次输入各个进程的进程名、进程优先数、进程需要运行的时间。
三、参考代码
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<malloc.h>
#include<conio.h>
#define PCB_LEN sizeof(PCB)
#define NODE_LEN sizeof(Node)
#define QUEUE_LEN sizeof(Queue)
/*进程控制块结构PCB*/
typedef struct pcb
{
char qname[20];/*进程名*/
char state; /*进程状态*/
int super; /*进程优先级*/
int ndtime; /*进程需要运行的时间*/
int runtime; /*进程已运行的时间*/
int cpu; /*进程当前获得的时间片大小*/
}PCB;
/*队列结点，结点储存PCB信息*/
typedef struct node
{
PCB data;
struct node *next;
}Node;
/*实现进程控制块的队列*/
typedef struct queue
{
Node *front;
Node *rear;
}Queue;
/*判断队列是否为空*/
int is_empty(Queue *q)
{
if(q->front)
return 0;
else
return 1;
}
/*将进程控制块x加入队列q*/
void enqueue(PCB x,Queue *q)
{
Node *p=(Node *)malloc(NODE_LEN);
(p->data).state=x.state;
(p->data).super=x.super;
(p->data).ndtime=x.ndtime;
(p->data).runtime=x.runtime;
(p->data).cpu=x.cpu;
strcpy((p->data).qname,x.qname);
p->next=0;
if(q->front)
q->rear->next=p;
else
q->front=p;
q->rear=p;
}
/*删除队列q的队首进程，将其值赋给x并修改状态*/
void dequeue(PCB *x,Queue *q)
{
Node *p=(Node *)malloc(NODE_LEN);
if(is_empty(q))
return;
/*进入下一优先级队列之前修改状态*/
x->state='W';/*状态改为就绪*/
strcpy(x->qname,(q->front->data).qname);
/*已运行时间为上次已运行时间加上这次获得的cpu时间*/
x->runtime=(q->front->data).runtime+(q->front->data).cpu;
/*优先级减1，若该进程已是最低优先级，则将在主控过程中恢复*/
x->super=(q->front->data).super-1;
x->ndtime=(q->front->data).ndtime;
/*下次获得的时间片为这次的时间片加1*/
x->cpu=(q->front->data).cpu+1;
p=q->front;
q->front=q->front->next;
free(p);
}
/*主控过程*/
void main()
{
Queue *queue=NULL;/*设置就绪队列数组*/
Node *wait=(Node *)malloc(NODE_LEN);
PCB x;
int numberOFcourse,i,j,super,time;
int hight=0,num=0;
int temp_ndtime,temp_runtime,temp_cpu;
char name[20];
printf("\n请输入进程总个数?");
scanf("%d",&numberOFcourse);
/*为队列数组开辟空间，每个数组表示不同的优先级队列*/
queue=(Queue *)calloc(numberOFcourse,QUEUE_LEN);
/*输入各进程信息并初始化，并将其加入相应的优先级队列*/
for(i=0;i<numberOFcourse;i++)
{
printf("\n进程号 NO.%d\n",i);
printf("\n输入进程名：");
scanf("%s",name);
printf("\n输入进程优先数：");
scanf("%d",&super);
if(super>hight)
hight=super;
printf("\n输入进程运行时间：");
scanf("%d",&time);
strcpy(x.qname,name);
x.state='W';
x.super=super;
x.ndtime=time;
x.runtime=0;
x.cpu=1;
enqueue(x,&queue[super-1]);
}
printf("\n\n");
/*进程调度过程*/
for(i=hight-1;i>=0;i--)
{
/*从最高优先级队列开始调度进程，
直到该队列为空，则调度下一优先级队列*/
while(!is_empty(&queue[i]))
{
num++;/*调度次数*/
printf("按任一键继续......\n");
getch();
printf("The execute number:%d\n\n",num);
/*打印正在运行进程*/
((queue[i].front)->data).state='R';
printf("******当前工作的进程是：%s\n",((queue[i].front)->data).qname);
printf("qname state super ndtime runtime\n");
printf("%s ",((queue[i].front)->data).qname);
printf("R ");
printf("%d ",(((queue[i].front)->data).super));
printf("%d ",(((queue[i].front)->data).ndtime));
printf("%d\n\n",(((queue[i].front)->data).runtime));
/*计算一个进程运行一个时间片后，还需要运行的时间temp_time*/
temp_ndtime=((queue[i].front)->data).ndtime;
temp_runtime=((queue[i].front)->data).runtime;
temp_cpu=((queue[i].front)->data).cpu;
temp_ndtime=temp_ndtime-temp_runtime-temp_cpu;
/*若该进程已运行完毕*/
if(temp_ndtime<=0)
{
/*打印已完成信息，并将其删除出队列*/
printf("进程[%s]已完成\n\n",((queue[i].front)->data).qname);
((queue[i].front)->data).state='F';
dequeue(&x,&queue[i]);
}
/*若该进程未运行完毕*/
else
{
dequeue(&x,&queue[i]);/*将其删除出当前队列*/
/*若原优先级不是最低优先级，则插入下一优先级队列*/
if(i>0)
enqueue(x,&queue[i-1]);
/*若原优先级是最低优先级，则插入当前队列末尾*/
else
{
/*由于删除操作中将优先级减1，所以在此恢复*/
x.super=x.super+1;
enqueue(x,&queue[i]);
}
}
/*打印就绪队列状态*/
printf("******当前就绪队列状态为：\n");
for(j=i;j>=0;j--)
{
if(queue[j].front)
{
wait=queue[j].front;
while(wait)
{
printf("qname state super ndtime runtime\n");
printf("%s ",(wait->data).qname);
printf("W ");
printf("%d ",(wait->data).super);
printf("%d ",(wait->data).ndtime);
printf("%d\n\n",((wait->data).runtime));
wait=wait->next;
}
}
}
printf("\n");
}
}
/*结束*/
printf("进程已经全部完成\n");
free(wait);
free(queue);
getch();
}
四、实验结果与数据处理
【输入输出样例】
请输入进程总个数?4
进程号 NO.0
输入进程名：aa
输入进程优先数：2
输入进程运行时间：2
进程号 NO.1
输入进程名：vv
输入进程优先数：3
输入进程运行时间：2
进程号 NO.2
输入进程名：rr
输入进程优先数：1
输入进程运行时间：3
进程号 NO.3
输入进程名：kk
输入进程优先数：2
输入进程运行时间：1
按任一键继续......
The execute number:1
******当前工作的进程是：vv
qname state super ndtime runtime
vv R 3 2 0
******当前就绪队列状态为：
qname state super ndtime runtime
aa W 2 2 0
qname state super ndtime runtime
kk W 2 1 0
qname state super ndtime runtime
vv W 2 2 1
qname state super ndtime runtime
rr W 1 3 0
按任一键继续......
The execute number:2
******当前工作的进程是：aa
qname state super ndtime runtime
aa R 2 2 0
******当前就绪队列状态为：
qname state super ndtime runtime
kk W 2 1 0
qname state super ndtime runtime
vv W 2 2 1
qname state super ndtime runtime
rr W 1 3 0
qname state super ndtime runtime
aa W 1 2 1
按任一键继续......
The execute number:3
******当前工作的进程是：kk
qname state super ndtime runtime
kk R 2 1 0
进程[kk]已完成
******当前就绪队列状态为：
qname state super ndtime runtime
vv W 2 2 1
qname state super ndtime runtime
rr W 1 3 0
qname state super ndtime runtime
aa W 1 2 1
按任一键继续......
The execute number:4
******当前工作的进程是：vv
qname state super ndtime runtime
vv R 2 2 1
进程[vv]已完成
******当前就绪队列状态为：
qname state super ndtime runtime
rr W 1 3 0
qname state super ndtime runtime
aa W 1 2 1
按任一键继续......
The execute number:5
******当前工作的进程是：rr
qname state super ndtime runtime
rr R 1 3 0
******当前就绪队列状态为：
qname state super ndtime runtime
aa W 1 2 1
qname state super ndtime runtime
rr W 1 3 1
按任一键继续......
The execute number:6
******当前工作的进程是：aa
qname state super ndtime runtime
aa R 1 2 1
进程[aa]已完成
******当前就绪队列状态为：
qname state super ndtime runtime
rr W 1 3 1
按任一键继续......
The execute number:7
******当前工作的进程是：rr
qname state super ndtime runtime
rr R 1 3 1
进程[rr]已完成
******当前就绪队列状态为：
进程已经全部完成
五、总结
本程序利用标准输入输出模拟了进程调度过程。输入各个进程的优先级和需要运行的时间等信息，输出给出了每进行一次调度的运行进程、就绪队列、以及各个进程的 PCB信息，每当一个进程完成运行，输出该进程已完成的信息，最后当所有进程都完成后给出所有进程都完成的信息。
