【操作系统】实验三 进程调度模拟程序
实验三、进程调度模拟程序实验
商软1班 杨晶晶 201406114102
一、 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。
二、 实验内容和要求
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。
三、 实验方法、步骤及结果测试
1. 源程序名：3.c
可执行程序名：3.exe
2. 原理分析及流程图
3. 主要程序段及其解释：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <conio.h> 4 #define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)) 5 #define N 3 6 int count; 7 sort2(); 8 struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */ 9 char name[10]; 10 char status; 11 int prio; 12 int ntime; 13 int rtime; 14 struct pcb* link; 15 }*ready=NULL,*p; 16 17 typedef struct pcb PCB; 18 19 struct pcb2 { /* 定义进程控制块PCB2 */ 20 char name[10]; 21 char status; 22 int prio; 23 int atime; 24 int ntime; 25 int runtime; 26 int restime; 27 }pcb[24]; 28 29 input2() /* 输入数据*/ 30 { 31 int i,num; 32 33 printf("\n 请输入进程数:"); 34 scanf("%d",&num); 35 count=num; 36 for(i=0;i<num;i++) 37 { 38 printf("进程号No.%d:",i); 39 printf("\n输入进程名:"); 40 scanf("%s",pcb[i].name); 41 printf("输入进程到达时间:"); 42 scanf("%d",&pcb[i].atime); 43 44 printf("输入进程运行时间:"); 45 scanf("%d",&pcb[i].ntime); 46 printf("\n"); 47 pcb[i].runtime=0; 48 pcb[i].status='r'; 49 pcb[i].restime=pcb[i].ntime; 50 51 } 52 sort2(); 53 printf("\n\n----------------FCFS排序之后-------------------\n"); 54 printf("进程名 到达时间 需要运行时间\n"); 55 for(i=0;i<num;i++) 56 { 57 printf("%s %d %d \n",pcb[i].name,pcb[i].atime,pcb[i].ntime); 58 } 59 60 } 61 62 sort2()/* 进程按时间的先后排序*/ 63 { 64 65 int i,j; 66 struct pcb2 t; 67 for(i=0;i<count-1;i++) //按进程到达时间的先后排序 68 { //如果两个进程同时到达，按在屏幕先输入的先运行 69 for(j=i+1;j<count;j++) 70 { 71 if(pcb[j].atime< pcb[i].atime) 72 { 73 t=pcb[j]; 74 pcb[j]=pcb[i]; 75 pcb[i]=t; 76 } 77 78 } 79 } 80 } 81 82 sort() /* 进程进行优先级排列函数*/ 83 { 84 PCB *first, *second; 85 int insert=0; 86 if((ready==NULL)||((p->prio)>(ready->prio))) /*优先级最大者,插入队首*/ 87 { 88 p->link=ready; 89 ready=p; 90 } 91 else /* 进程比较优先级,插入适当的位置中*/ 92 { 93 first=ready; 94 second=first->link; 95 while(second!=NULL) 96 { 97 if((p->prio)>(second->prio)) /*若插入进程比当前进程优先数大,*/ 98 { /*插入到当前进程前面*/ 99 p->link=second; 100 first->link=p; 101 second=NULL; 102 insert=1; 103 } 104 else /* 插入进程优先数最低,则插入到队尾*/ 105 { 106 first=first->link; 107 second=second->link; 108 } 109 } 110 if(insert==0) first->link=p; 111 } 112 } 113 114 input() /* 建立进程控制块函数*/ 115 { 116 int i,num; 117 /*clrscr(); */ /*清屏*/ 118 printf("\n请输入进程数:"); 119 scanf("%d",&num); 120 for(i=0;i<num;i++) 121 { 122 printf("\n进程号No.%d:\n",i); 123 p=getpch(PCB); /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */ 124 printf("\n输入进程名:"); 125 scanf("%s",p->name); 126 /*printf("\n 输入进程优先数:"); 127 scanf("%d",&p->prio); */ 128 p->prio=N; 129 printf("\n输入进程运行时间:"); 130 scanf("%d",&p->ntime); 131 printf("\n"); 132 p->rtime=0;p->status='r'; 133 p->link=NULL; 134 sort(); /* 调用sort函数*/ 135 } 136 137 } 138 139 int space() 140 { 141 int l=0; PCB* pr=ready; 142 while(pr!=NULL) 143 { 144 l++; 145 pr=pr->link; 146 } 147 return(l); 148 } 149 150 disp(PCB * pr) /*单个进程显示函数*/ 151 { 152 printf("|%s\t",pr->name); 153 printf("|%c\t",pr->status); 154 printf("|%d\t",pr->prio); 155 printf("|%d\t",pr->ntime); 156 printf("|%d\t",pr->rtime); 157 printf("\n"); 158 } 159 160 void printbyprio(int prio) 161 { 162 PCB* pr; 163 pr=ready; 164 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*/ 165 printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n"); 166 while(pr!=NULL) 167 { 168 if (pr->prio==prio) disp(pr); 169 pr=pr->link; 170 } 171 } 172 173 check() /* 显示所有进程状态函数 */ 174 { 175 PCB* pr; 176 int i; 177 printf("\n /\\/\\/\\/\\当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/ 178 printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n"); 179 disp(p); /*单个进程显示函数*/ 180 181 printf("\n 当前就绪队列状态为:\n"); 182 for(i=N;i>=1;i--) 183 printbyprio(i);/*显示就绪队列状态*/ 184 /* 185 while(pr!=NULL) 186 { 187 disp(pr); 188 pr=pr->link; 189 } 190 */ 191 } 192 193 destroy() /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/ 194 { 195 printf("\n进程 [%s] 已完成.\n",p->name); 196 free(p); 197 } 198 199 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*/ 200 { 201 int slice,i; 202 slice=1; 203 for(i=1;i<((N+1)-p->prio);i++) 204 slice=slice*2; 205 206 for(i=1;i<=slice;i++) 207 { 208 (p->rtime)++; 209 if (p->rtime==p->ntime) 210 break; 211 212 } 213 if(p->rtime==p->ntime) 214 destroy(); /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/ 215 else 216 { 217 if(p->prio>1) (p->prio)--; 218 p->status='r'; 219 sort(); /* 进程进行优先级排列函数*/ 220 } 221 } 222 223 void cteatpdisp() 224 /*显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程*/ 225 { 226 227 int i; 228 229 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*/ 230 for(i=N;i>=1;i--) 231 printbyprio(i); 232 } 233 void creatp()//是否添加新进程 234 { 235 char temp; 236 printf("\n是否要添加新进程?输入Y/y表示添加"); 237 scanf("%c",&temp); 238 if (temp=='y'||temp=='Y') 239 { 240 input(); 241 cteatpdisp();/*显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程*/ 242 } 243 } 244 245 PRIO()//最高优先数优先调度算法 246 { 247 int len,h=0; 248 char ch; 249 input(); 250 len=space(); 251 while((len!=0)&&(ready!=NULL)) 252 { 253 ch=getchar(); 254 /*getchar();*/ 255 h++; 256 printf("\n正在运行的进程数:%d ",h); 257 p=ready; 258 ready=p->link; 259 p->link=NULL; 260 p->status='R'; 261 check(); /* 显示所有进程状态函数 */ 262 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*/ 263 creatp();//是否添加新进程 264 printf("\n 按任一键继续......"); 265 ch=getchar(); 266 } 267 printf("\n\n进程已经完成.\n"); 268 ch=getchar(); 269 ch=getchar(); 270 } 271 QueueSort() 272 { 273 int i; 274 struct pcb2 t; 275 t=pcb[0]; 276 for(i=1;i<count;i++) 277 pcb[i-1]=pcb[i]; 278 pcb[0].restime--; 279 pcb[count-1]=t; 280 281 } 282 QueueSort1() 283 { 284 int i; 285 286 for(i=1;i<count;i++) 287 pcb[i-1]=pcb[i]; 288 count--; 289 } 290 RR()//时间片轮转法调度算法 291 { 292 int timeflag=0; 293 int timepiece=2; 294 int T; 295 printf("\n请输入时间片："); 296 scanf("%d",&T); 297 int k; 298 char ch; 299 input2(); 300 sort2(); 301 while(count>=0) 302 { 303 if(timeflag==T) 304 { 305 timeflag=0; 306 if(pcb[0].restime==0) 307 { 308 printf("进程%s已完成\n",pcb[0].name); 309 310 311 if(count!=0){ 312 QueueSort1(); 313 printf("当前正在运行进程是:%s\n",pcb[0].name); 314 } 315 if(count>=1) 316 for(k=1;k<count;k++) 317 printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name); 318 if(count==0){ 319 pcb[0].restime--; 320 count--; 321 } 322 } 323 else{ 324 QueueSort(); 325 if(count!=0){ 326 //QueueSort1(); 327 printf("当前正在运行进程是:%s\n",pcb[0].name); 328 } 329 if(count>=1) 330 for(k=1;k<count;k++) 331 printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name); 332 } 333 } 334 else{ 335 if(pcb[0].restime==0) 336 { 337 printf("进程%s已完成\n",pcb[0].name); 338 if(count!=0){ 339 QueueSort1(); 340 printf("进程%s正在运行\n",pcb[0].name); 341 } 342 if(count>=1) 343 for(k=1;k<count;k++) 344 printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name); 345 } 346 else{ 347 pcb[0].restime--; 348 if(count!=0) 349 printf("进程%s正在运行\n",pcb[0].name); 350 351 if(count>=1) 352 for(k=1;k<count;k++) 353 printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name); 354 } 355 } 356 timeflag++; 357 printf("\n 按任一键继续......"); 358 ch=getchar(); 359 ch=getchar(); 360 } 361 printf("\n\n 全部进程已经完成.\n"); 362 } 363 main() /*主函数*/ 364 { 365 int i, jobNum, choi; 366 char flag=0; 367 printf("_________________________________\n"); 368 printf("1.最高优先数优先调度算法\n"); 369 printf("2.时间片轮转法调度算法\n"); 370 printf("3.退出\n"); 371 printf("_________________________________\n"); 372 printf("****你的选择是："); 373 scanf("%d", &choi); 374 switch(choi) 375 { 376 case 1: 377 PRIO(); //最高优先数优先调度算法 378 main(); 379 break; 380 case 2: 381 RR();//时间片轮转法调度算法 382 main(); 383 break; 384 case 3: 385 break; 386 default: 387 printf("\n !!!!!输入错误，请重新选择!!!!!\n"); 388 main(); 389 390 } 391 392 }
4. 运行结果及分析
四、 实验总结
一开始不是很清楚进程调度和作业调度的区别，通过这个实验更加清楚了进程调度与作业调度的差别。更加清楚最高优先数优先调度算法和时间片轮转发调度的具体算法。不过还是不够了解，问了同学也查找了一些资料才解决问题。很多细节的地方还是要多注意，多练习多看书。
