【操作系统】实验三 进程调度模拟程序

一.    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。

/*
  Name:   procNQue.c          进程调度模拟实验源码    存储结构链表

  Description: 
               实现一个有 N级队列的多级反馈队列调度算法。

*/
#include "stdio.h" 
#include <stdlib.h> 
#include <conio.h> 
#define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)) 
#define N 3
struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */ 
       char name[10]; 
       char status; 
       int prio; 
       int ntime; 
       int rtime; 
       struct pcb* link; 
}*ready=NULL,*p; 

typedef struct pcb PCB; 
  
  
sort() /* 进程进行优先级排列函数*/ 
{ 
  PCB *first, *second; 
  int insert=0; 
  if((ready==NULL)||((p->prio)>(ready->prio))) /*优先级最大者,插入队首*/ 
  { 
    p->link=ready; 
    ready=p; 
  } 
  else /* 进程比较优先级,插入适当的位置中*/ 
  { 
    first=ready; 
    second=first->link; 
    while(second!=NULL) 
    { 
      if((p->prio)>(second->prio)) /*若插入进程比当前进程优先数大,*/ 
      { /*插入到当前进程前面*/ 
        p->link=second; 
        first->link=p; 
        second=NULL; 
        insert=1; 
      } 
      else /* 插入进程优先数最低,则插入到队尾*/ 
      { 
        first=first->link; 
        second=second->link; 
      } 
    } 
    if(insert==0) first->link=p; 
  } 
} 
 
input() /* 建立进程控制块函数*/ 
{ 
  int i,num; 
  /*clrscr();  */   /*清屏*/
  printf("\n 请输入进程数?"); 
  scanf("%d",&num); 
  for(i=0;i<num;i++) 
  { 
    printf("\n 进程号No.%d:\n",i); 
    p=getpch(PCB);  /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */
    printf("\n 输入进程名:"); 
    scanf("%s",p->name); 
    /*printf("\n 输入进程优先数:"); 
    scanf("%d",&p->prio); */
    p->prio=N;
    printf("\n 输入进程运行时间:"); 
    scanf("%d",&p->ntime); 
    printf("\n"); 
    p->rtime=0;p->status='r'; 
    p->link=NULL; 
    sort(); /* 调用sort函数*/ 
  } 

} 


int space() //该函数的作用？
{ 
  int l=0; PCB* pr=ready; 
  while(pr!=NULL) 
  { 
  l++; 
  pr=pr->link; 
  } 
  return(l); 
} 


disp(PCB * pr) /*单个进程显示函数*/ 
{ 
  
  printf("|%s\t",pr->name); 
  printf("|%c\t",pr->status); 
  printf("|%d\t",pr->prio); 
  printf("|%d\t",pr->ntime); 
  printf("|%d\t",pr->rtime); 
  printf("\n"); 
} 

void printbyprio(int prio)
{
  PCB* pr; 
  pr=ready; 
  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*/ 
  printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n"); 
  while(pr!=NULL) 
  { 
    if (pr->prio==prio) disp(pr); 
    pr=pr->link; 
  } 
}

check() /* 显示所有进程状态函数 */ 
{ 
  PCB* pr; 
  int i;
  printf("\n /\\/\\/\\/\\当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/ 
   printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n"); 
  disp(p); 
  
  printf("\n 当前就绪队列状态为:\n"); /*显示就绪队列状态*/ 
  for(i=N;i>=1;i--)
    printbyprio(i);
  /*
  while(pr!=NULL) 
  { 
    disp(pr); 
    pr=pr->link; 
    } 
  */
} 


destroy() /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/ 
{ 
  printf("\n 进程 [%s] 已完成.\n",p->name); 
  free(p); 
} 


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*/ 
{ 
  int slice,i;
  slice=1;
  for(i=1;i<((N+1)-p->prio);i++)
    slice=slice*2;
    
  for(i=1;i<=slice;i++)
  {
     (p->rtime)++; 
     if (p->rtime==p->ntime)
       break;
       
  }
  if(p->rtime==p->ntime) 
      destroy(); /* 调用destroy函数*/ 
  else 
  { 
    if(p->prio>1) (p->prio)--; 
    p->status='r'; 
    sort(); /*调用sort函数*/ 
  } 
} 
void cteatpdisp()
/*显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程*/
{ 
 
  int i;
   
  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*/ 
  for(i=N;i>=1;i--)
    printbyprio(i);
}
void creatp()
{
     char temp;
     printf("\nCreat one  more process?type Y (yes)");
     scanf("%c",&temp);
     if (temp=='y'||temp=='Y')
     {
        input();
        cteatpdisp();
     }
     
}        
     

main() /*主函数*/ 
{ 
  int len,h=0; 
  char ch; 
  input(); 
  len=space(); 
  while((len!=0)&&(ready!=NULL)) 
  { 
    ch=getchar(); 
    /*getchar();*/
    h++; 
    printf("\n The execute number:%d \n",h); 
    p=ready; 
    ready=p->link; 
    p->link=NULL; 
    p->status='R'; 
    check(); 
    running(); 
    creatp();
    printf("\n 按任一键继续......"); 
    ch=getchar(); 
  } 
  printf("\n\n 进程已经完成.\n"); 
  ch=getchar(); 
  ch=getchar();
} 

 

(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。

 

二.    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：压缩包文件（rar或zip）中源程序名rjl.c

可执行程序名：rjl.exe

 2.      原理分析及流程图

主要总体设计问题。

(包括存储结构，主要算法，关键函数的实现等)

存储结构：

struct pcb

{

/* 定义进程控制块PCB */ 　　

char name[10];   //进程名称 　　

char status;       //进程状态 　　

int prio;            //进程优先级 　　

int ntime;         //进程需要运行的时间 　　

int rtime;         //已经运行的时间 　　

struct pcb* link;

}*ready=NULL,*p;

typedef struct pcb PCB;

 

主要算法：

  动态优先数（优先数只减不加）：