作业调度模拟程序

一、目的和要求

1. 实验目的

（1）加深对作业调度算法的理解；

（2）进行程序设计的训练。

2．实验要求

用高级语言编写一个或多个作业调度的模拟程序。

单道批处理系统的作业调度程序。作业一投入运行，它就占有计算机的一切资源直到作业完成为止，因此调度作业时不必考虑它所需要的资源是否得到满足，它所运行的时间等因素。

     作业调度算法：

1)        采用先来先服务（FCFS）调度算法，即按作业到达的先后次序进行调度。总是首先调度在系统中等待时间最长的作业。

2)        短作业优先 (SJF) 调度算法，优先调度要求运行时间最短的作业。

3)        响应比高者优先(HRRN)调度算法，为每个作业设置一个优先权(响应比)，调度之前先计算各作业的优先权，优先数高者优先调度。RP (响应比)＝ 作业周转时间 / 作业运行时间=1+作业等待时间/作业运行时间

每个作业由一个作业控制块JCB表示，JCB可以包含以下信息：作业名、提交（到达）时间、所需的运行时间、所需的资源、作业状态、链指针等等。

     作业的状态可以是等待W（Wait）、运行R（Run）和完成F（Finish）三种之一。每个作业的最初状态都是等待W。

一、       模拟数据的生成

1．            允许用户指定作业的个数（2-24），默认值为5。

2．            允许用户选择输入每个作业的到达时间和所需运行时间。

3．            （**）从文件中读入以上数据。

4．            （**）也允许用户选择通过伪随机数指定每个作业的到达时间（0-30）和所需运行时间（1-8）。

二、       模拟程序的功能

1．            按照模拟数据的到达时间和所需运行时间，执行FCFS, SJF和HRRN调度算法，程序计算各作业的开始执行时间，各作业的完成时间，周转时间和带权周转时间（周转系数）。

2．            动态演示每调度一次，更新现在系统时刻，处于运行状态和等待各作业的相应信息（作业名、到达时间、所需的运行时间等）对于HRRN算法，能在每次调度时显示各作业的响应比R情况。

3．            （**）允许用户在模拟过程中提交新作业。

4．            （**）编写并调度一个多道程序系统的作业调度模拟程序。 只要求作业调度算法：采用基于先来先服务的调度算法。 对于多道程序系统，要假定系统中具有的各种资源及数量、调度作业时必须考虑到每个作业的资源要求。

三、       模拟数据结果分析

1．            对同一个模拟数据各算法的平均周转时间，周转系数比较。

2．            （**）用曲线图或柱形图表示出以上数据，分析算法的优点和缺点。

四、       实验准备

序号	准备内容		完成情况
1	什么是作业？	作业相当于一个程序。 任务相当于整个程序中的一段段可以并发执行的代码。 进程其实就是任务。从系统的角度看，作业则是一个比程序更广的概念。它由程序、数据和作业说明书组成。系统通过作业说明书控制文件形式的程序和数据，使之执行和操作。而且，在批处理系统中，作业是抢占内存的基本单位。也就是说，批处理系统以作业为单位把程序和数据调入内存以便执行。
2	一个作业具备什么信息？	作业由三部分组成，即程序、数据和作业说明书。一个作业可以包含多个程序和多个数据集，但必须至少包含一个程序。否则将不成为作业。
3	为了方便模拟调度过程，作业使用什么方式的数据结构存放和表示？JCB	由作业说明书在系统中生成一个称为作业控制块(job control block，JCB)的表格。该表格登记该作业所要求的资源情况、预计执行时间和执行优先级等。从而，操作系统通过该表了解到作业要求，并分配资源和控制作业中程序和数据的编译、链接、装入和执行等。
4	操作系统中，常用的作业调度算法有哪些？	先来先服务、轮转法、多级反馈队列列算法、优先级法、短作业优先法、最高响应
5	如何编程实现作业调度算法？
6	模拟程序的输入如何设计更方便、结果输出如何呈现更好？

 

五、       其他要求

1．            完成报告书，内容完整，规格规范。

2．            实验须检查，回答实验相关问题。

注：带**号的条目表示选做内容。

二、实验内容

根据指定的实验课题，完成设计、编码和调试工作，完成实验报告。

三、实验代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<malloc.h>
#define M 24
struct JCB{
    char name[M];    //作业名
    int arrivetime;         //到达时间
    float r;        //响应比
    int cputime;         //需要CPU（运行）时间
    int finishtime;         //完成时的时间
    int wt;        //周转时间
    float awt;     //加权周转时间
}p[M];




//输出函数
void Output(int a)
{
    int i;
    printf("
作业名  到达系统时间  所需CPU时间  完成时间 周转时间 加权周转时间
");
    for(i=0;i<a;i++)
    {
        printf("%s	   ",p[i].name);
        printf(" %d		",p[i].arrivetime);
        printf("  %d		",p[i].cputime);
        printf("%d	",p[i].finishtime);
        printf("%d	",p[i].wt);
        printf("%f
",p[i].awt);
    }
}


//输入函数
int Input()
{
    int i,a,b=0;
    int init,k;
    int j=1;
    JCB f;
    do{
        printf("请输入作业个数（2-20）：");
        scanf("%d",&a);
        if(a<2||a>20)
            j=0;
        else break;
    }while(j=1);
    for(i=0;i<a;i++)
    {
        printf("请输入作业名:");
        scanf("%s",p[i].name);
        printf("请输入到达时间:");
        scanf("%d",&p[i].arrivetime);
        printf("请输入需要CPU（运行）时间:");
        scanf("%d",&p[i].cputime);
        printf("
");
        p[i].finishtime=0;
        p[i].wt=0;
        p[i].awt=0;
        p[i].r=0;
    }
      //按到达系统时间先后排序
    for(i=0;i<a;i++)
    {
        init=p[b].arrivetime;
        f=p[b];
        for(k=b;k<a;k++)
        {
            if(p[k].arrivetime<init)
            {
                f=p[k];
                p[k]=p[b];
                p[b]=f;    
                init=p[b].arrivetime;
            }
        }
        b++;
    }
    Output(a);     
    return a;
}
//SJF算法选择短作业
int Selecputimework(int t,int n){
    int i,l=0;
    int temp,m,k=0;
    JCB a[M];
    JCB b;
    //寻找t到达系统还未完成的作业，用数组存储
    for(i=1;i<n;i++)
    {
        if(p[i].arrivetime<=t&&p[i].finishtime==0)
        {
            a[l]=p[i];
            l++;
            k=l;
        }
    }
    //寻找未完成作业中最短的作业
    temp=a[0].cputime;
    b=a[0];
    for(m=0;m<k;m++)
    {
        if(a[m].cputime<temp)
        {
            b=a[m];
            a[m]=a[0];
            a[0]=b;
            temp=a[0].cputime;
        }
    }
    return a[0].cputime;//返回最短作业的所需CPU时间
}

//HRRE算法选择响应比高的作业
int Choose(int t,int n)
{
    int i,k,l=0;
    int m=0;
    float r,temp;
    JCB a[M];
    JCB b;
    //寻找当前时间t到达系统还未完成的作业，用数组a[M]存储
    for(i=1;i<n;i++)
    {
        if(p[i].arrivetime<=t&&p[i].finishtime==0)
        {
            a[l]=p[i];
            l++;
            k=l;
        }
    }
    //计算每个未完成作业的响应比
    for(i=0;i<k;i++)
    {
        a[i].r=1+(float)(t-a[i].arrivetime)/(float)a[i].cputime;
    }
    //寻找未完成作业中响应比最高的作业
    temp=a[0].r;
    b=a[0];
    for(m=0;m<k;m++)
    {
        if(a[m].r>temp)
        {
            b=a[m];
            a[m]=a[0];
            a[0]=b;
            temp=a[0].r;
        }
    }
    return a[0].cputime;//返回最高响应比的作业的所需CPU时间
}

//先来先服务
void FCFS()
{
    int i,j;
    int now=0;//当前时间
    j=Input();
    int sumwt=0;//周转时间的和
    float sumawt=0;//带权周转时间的和
    float avwt,avgwt;//avwt是平均周转时间，avgwt是平均带权周转时间
    for(i=0;i<j;i++)
    {
        if(i==0)
        {
            now=p[i].arrivetime;
            p[i].finishtime=now+p[i].cputime;
            p[i].wt=p[i].finishtime-p[i].arrivetime;
            p[i].awt=p[i].wt/p[i].cputime;
        }
        else
        {
            if(p[i-1].finishtime>p[i].arrivetime)
            {
                now=p[i-1].finishtime;
                p[i].finishtime=now+p[i].cputime;
            }
            else
            {
                now=p[i].arrivetime;
                p[i].finishtime=now+p[i].cputime;
            }
            p[i].wt=p[i].finishtime-p[i].arrivetime;
            p[i].awt=(float)p[i].wt/(float)p[i].cputime;
        }
        sumwt+=p[i].wt;
        sumawt+=p[i].awt;
    }
    avgwt=(float)sumwt/j;
    avwt=sumawt/j;
    Output(j);
    printf("平均周转时间为：%f
",avgwt);
    printf("平均带权周转时间为：%f
",avwt);
}

//最短路径优先
void SJF()
{
    
    int i=0,j=0,k=0;
    j=Input();
    int l,m,now;//当前时间
    int a=0;
    int sumwt=0;//周转时间总和
    float sumawt=0;//带权周转时间总和
    double avwt,avgwt;//avwt是平均周转时间，avgwt是平均带权周转时间
    l=0;
    int n=0;
    for(i=0;i<j;i++)
    {
        if(i==0)
        {
            now=p[i].arrivetime;
            p[i].finishtime=p[i].arrivetime+p[i].cputime;
            now=p[i].finishtime;
        }
        else
        {
            a=Selecputimework(now,j);
            //寻找最短作业的位置
            for(m=0;m<j;m++)
                if(p[m].cputime==a&&p[m].finishtime==0)
                {
                    k=m;
                    break;
                }
            p[k].finishtime=now+p[k].cputime;//计算时间
            now=p[k].finishtime;
        }
    }
    for(i=0;i<j;i++)
    {
        p[i].wt=p[i].finishtime-p[i].arrivetime;
        p[i].awt=(float)p[i].wt/(float)p[i].cputime;
        sumwt+=p[i].wt;
        sumawt+=p[i].awt;
    }
    avgwt=(float)sumwt/j;
    avwt=sumawt/j;
    Output(j);
    printf("平均周转时间为：%f
",avgwt);
    printf("平均带权周转时间为：%f
",avwt);
    
}

//最高相应比
void HRRN()
{
    int i=0,j=0,k=0;
    int b=0,now=0,m;
    float sumwt=0;//周转时间总和
    float sumawt=0;//带权周转时间总和
    double avwt,avgwt;//avwt是平均周转时间，avgwt是平均带权周转时间
    j=Input();
    for(i=0;i<j;i++)
    {
        if(i==0)
        {
            p[i].finishtime=p[i].arrivetime+p[i].cputime;
            now=p[i].finishtime;
        }
        else
        {
            b=Choose(now,j);
            //寻找最高响应比的作业的位置
            for(m=0;m<j;m++)
                if(p[m].cputime==b&&p[m].finishtime==0)
                {
                    k=m;
                    break;
                }
            p[k].finishtime=now+p[k].cputime;//计算最高响应比的作业的完成时间
            now=p[k].finishtime;
        }
    }
    for(i=0;i<j;i++)
    {
        p[i].wt=p[i].finishtime-p[i].arrivetime;
        p[i].awt=(float)p[i].wt/(float)p[i].cputime;
        sumwt+=p[i].wt;
        sumawt+=p[i].awt;
    }
    avgwt=(float)sumwt/j;
    avwt=sumawt/j;
    Output(j);
    printf("平均周转时间为：%f
",avgwt);
    printf("平均带权周转时间为：%f
",avwt);
}

void Start()
{
    int d;
    int j=1; 
    do{  printf("     *******************************************");
        printf("
         1.FCFS先来先服务调度算法。       ");
        printf("
         2.SJF最短路径优先调度算法。      ");
        printf("
         3.HRRN最高响应比优先调度算法。   ");
        printf("
         请选择输入你需要的调度算法的序号：");
        printf("
    *******************************************");

        scanf("%d",&d);
        if(d<1||d>3)
            j=0;
        else break;
    }while(j=1);
    switch(d)
    {
    case 1:
        FCFS();
        break;
    case 2:
        SJF();
        break;
    case 3:
        HRRN();
        break;
    }
}

int main()
{
    int i=1;
    char a;
    do{
        Start();
        printf("
你想要继续吗?(y or n):");
        scanf(" %c",&a);
        if(a=='n')
            break;
    }while(i=1);
    printf("The end!
");
    return 0;
}

测试结果