【操作系统】实验三 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。

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。

(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。

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. 源代码

#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("
 请输入进程数?"); 
scanf("%d",&num); 
for(i=0;i<num;i++) 
{ 
printf("
 进程号No.%d:
",i); 
p=getpch(PCB); /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */
printf("
 输入进程名:"); 
scanf("%s",p->name); 
/*printf("
 输入进程优先数:"); 
scanf("%d",&p->prio); */
p->prio=N;
printf("
 输入进程运行时间:"); 
scanf("%d",&p->ntime); 
printf("
"); 
p->rtime=0;p->status='r'; 
p->link=NULL; 
sort(); /* 调用sort函数*/ 
}

}


int space() 
{
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	",pr->name); 
printf("|%c	",pr->status); 
printf("|%d	",pr->prio); 
printf("|%d	",pr->ntime); 
printf("|%d	",pr->rtime); 
printf("
"); 
}

void printbyprio(int prio)
{
PCB* pr; 
pr=ready; 
printf("
 ****当前第%d级队列(优先数为%d)的就绪进程有:
",(N+1)-prio,prio); /*显示就绪队列状态*/ 
printf("
 qname 	status	 prio 	ndtime	 runtime 
"); 
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("
 /\/\/\/\当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/ 
printf("
 qname 	status	 prio 	ndtime	 runtime 
"); 
disp(p); 

printf("
 当前就绪队列状态为:
"); /*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("
 进程 [%s] 已完成.
",p->name); 
free(p); 
}


running() 
{ 
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()

{ 

int i;

printf("
 当增加新进程后,所有就绪队列中的进程(此时无运行进程):
"); /*显示就绪队列状态*/ 
for(i=N;i>=1;i--)
printbyprio(i);
}
void creatp()
{
char temp;
printf("
Creat 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("
 The execute number:%d 
",h); 
p=ready; 
ready=p->link; 
p->link=NULL; 
p->status='R'; 
check(); 
running(); 
creatp();
printf("
 按任一键继续......"); 
ch=getchar(); 
} 
printf("

 进程已经完成.
"); 
ch=getchar(); 
ch=getchar();
}

6. 实验结果