操作系统——进程调度模拟程序

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

  1 #include "stdio.h" 
  2 #include <stdlib.h> 
  3 #include <conio.h> 
  4 #define N 3
  5 int k=1;
  6 struct pcb{
  7     int id;
  8     char status;
  9     int needtime;
 10     int runtime;
 11     float TAtime,TAWtime;
 12     int prio;
 13 }job[24];
 14 int n;
 15 void sort0()
 16 {
 17     int i,j; 
 18     struct pcb temp;
 19     for(i=2;i<n;i++) 
 20     for(j=i+1;j<=n;j++) 
 21     if(job[i].prio>job[j].prio) //根据到达优先级排序
 22     { 
 23        temp=job[i]; 
 24        job[i]=job[j]; 
 25        job[j]=temp; 
 26     } 
 27 }
 28 
 29 void input()
 30 {
 31     
 32     printf("进程个数:");
 33     scanf("%d",&n);
 34     for(int i=1;i<=n;i++)
 35     {
 36         printf("
第%d个进程:",i);
 37         printf("
输入id:");
 38         scanf("%d",&job[i].id);
 39         printf("输入进程运行时间:");
 40         scanf("%d",&job[i].needtime);
 41         job[i].prio=N;
 42         job[i].status='W';
 43         job[i].runtime=0;
 44         sort0();
 45     }
 46 }
 47 void disp()
 48 {
 49   printf("|%d	",job[k].id); 
 50   printf("|%c	",job[k].status); 
 51   printf("|%d	",job[k].prio); 
 52   printf("|%d	",job[k].needtime); 
 53   printf("|%d	",job[k].runtime); 
 54   printf("
"); 
 55 }
 56 void printbyprio(int prio)
 57 {
 58     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*/ 
 59     printf("
 id 	status	 prio 	needdtime	 runtime 
");
 60     while(job[k+1].id!=NULL)
 61     {
 62         if(job[k+1].prio==prio) disp();
 63         k++;
 64     }
 65 }
 66 void check() /* 显示所有进程状态函数 */ 
 67 {  
 68   
 69   int i=1;
 70   job[k].status='R';
 71   printf("
 /\/\/\/\当前正在运行的进程的id是:%d",job[k].id); /*显示当前运行进程*/ 
 72   printf("
 id 	status	 prio 	needtime	 runtime 
"); 
 73   disp(); 
 74   
 75   printf("
 当前就绪队列状态为:
"); /*显示就绪队列状态*/ 
 76   for(i=N;i>=1;i--)
 77     printbyprio(i);
 78 } 
 79 
 80 void destroy() /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/ 
 81 { 
 82     int  i=k;
 83   printf("
 进程 [%s] 已完成.
",job[k].id);
 84   while(job[i+1].id!=NULL)
 85     {
 86         job[i]=job[i+1];
 87         k++;
 88     }
 89   job[i-1]=job[i];    
 90 } 
 91 void running() 
 92 {
 93     int slice,i;
 94     slice=1;
 95     for(i=1;i<((N+1)-job[k].prio);i++)
 96     slice=slice*2;
 97     for(i=1;i<=slice;i++)
 98   {
 99      job[k].runtime++; 
100      if (job[k].runtime==job[k].needtime)
101        break;  
102   }
103     if (job[k].runtime==job[k].needtime)
104     {
105         destroy();
106         n--;
107     }
108     else
109     {
110         if(job[k].prio>1) (job[k].prio)--; 
111         job[k].status='r'; 
112          sort0(); /*调用sort函数*/ 
113     }
114     
115 }
116 main()
117 {
118     int temp=0;
119     char ch;
120     input();
121     while(1)
122     {
123         ch=getchar(); 
124         temp++;
125         printf("
 The execute number:%d 
",temp); 
126         check();
127         running();
128         printf("
 按任一键继续......"); 
129         ch=getchar(); 
130     }
131     printf("

 进程已经完成.
"); 
132    ch=getchar(); 
133    ch=getchar();
134 }

运行结果：

继续执行，程序崩了··········