实验三进程调度

实验三 进程调度模拟程序

专业：商业软件工程姓名：张鑫相学号：201406114109

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）：

源代码：

  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 struct pcb { //定义进程控制块PCB  
  8        char name[10]; 
  9        char status; 
 10        int prio; 
 11        int ntime; 
 12        int rtime; 
 13        struct pcb* link; 
 14 }*ready=NULL,*p; 
 15 
 16 typedef struct pcb PCB; 
 17   
 18 struct pcb2 { // 定义进程控制块PCB2 
 19        char name[10]; 
 20        char status; 
 21        int prio;
 22        int atime;
 23        int ntime; 
 24        int runtime;
 25        int restime;
 26 }pcb[24]; 
 27 input2() // 建立进程控制块函数
 28 { 
 29   int i,num; 
 30  
 31   printf("
 请输入进程数?"); 
 32   scanf("%d",&num);
 33   count=num;
 34   for(i=0;i<num;i++) 
 35   { 
 36     printf("
 进程号No.%d:
",i); 
 37     printf("
 输入进程名:"); 
 38     scanf("%s",pcb[i].name); 
 39     printf("
 输入进程到达时间:"); 
 40     scanf("%d",&pcb[i].atime); 
 41     
 42     printf("
 输入进程运行时间:"); 
 43     scanf("%d",&pcb[i].ntime); 
 44     printf("
"); 
 45     pcb[i].runtime=0;
 46     pcb[i].status='r'; 
 47     pcb[i].restime=pcb[i].ntime;
 48   
 49   }
 50   sort2();
 51   printf("

进程按 FCFS 排成一个队列如下所示：
");
 52   printf("进程名  到达时间  需要运行时间
");
 53   for(i=0;i<num;i++)
 54   {
 55      printf(" %s        %d           %d 
",pcb[i].name,pcb[i].atime,pcb[i].ntime);
 56   }
 57 
 58 } 
 59 sort2()
 60 {
 61     
 62     int i,j;
 63     struct pcb2 t;
 64     for(i=0;i<count-1;i++) //按进程到达时间的先后排序
 65     {                               
 66         for(j=i+1;j<count;j++)
 67         { 
 68             if(pcb[j].atime< pcb[i].atime)
 69             {
 70                 t=pcb[j];
 71                 pcb[j]=pcb[i];
 72                 pcb[i]=t;
 73             }
 74 
 75         }
 76     }
 77 }
 78 
 79 
 80   
 81 sort() //进程进行优先级排列函数
 82 { 
 83   PCB *first, *second; 
 84   int insert=0; 
 85   if((ready==NULL)||((p->prio)>(ready->prio))) //优先级最大者,插入队首
 86   { 
 87     p->link=ready; 
 88     ready=p; 
 89   } 
 90   else // 进程比较优先级,插入适当的位置中 
 91   { 
 92     first=ready; 
 93     second=first->link; 
 94     while(second!=NULL) 
 95     { 
 96       if((p->prio)>(second->prio)) //若插入进程比当前进程优先数大,
 97       { //插入到当前进程前面 
 98         p->link=second; 
 99         first->link=p; 
100         second=NULL; 
101         insert=1; 
102       } 
103       else // 插入进程优先数最低,则插入到队尾 
104       { 
105         first=first->link; 
106         second=second->link; 
107       } 
108     } 
109     if(insert==0) first->link=p; 
110   } 
111 } 
112  
113 input() //建立进程控制块函数 
114 { 
115   int i,num; 
116   /*clrscr();  */   /*清屏*/
117   printf("
 请输入进程数?"); 
118   scanf("%d",&num); 
119   for(i=0;i<num;i++) 
120   { 
121     printf("
 进程号No.%d:
",i); 
122     p=getpch(PCB);  /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */
123     printf("
 输入进程名:"); 
124     scanf("%s",p->name); 
125     /*printf("
 输入进程优先数:"); 
126     scanf("%d",&p->prio); */
127     p->prio=N;
128     printf("
 输入进程运行时间:"); 
129     scanf("%d",&p->ntime); 
130     printf("
"); 
131     p->rtime=0;p->status='r'; 
132     p->link=NULL; 
133     sort(); /* 调用sort函数*/ 
134   } 
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 
151 disp(PCB * pr) //单个进程显示函数  
152 { 
153   
154   printf("|%s	",pr->name); 
155   printf("|%c	",pr->status); 
156   printf("|%d	",pr->prio); 
157   printf("|%d	",pr->ntime); 
158   printf("|%d	",pr->rtime); 
159   printf("
"); 
160 } 
161 
162 void printbyprio(int prio)
163 {
164   PCB* pr; 
165   pr=ready; 
166   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  
167   printf("
 qname 	status	 prio 	ndtime	 runtime 
"); 
168   while(pr!=NULL) 
169   { 
170     if (pr->prio==prio) disp(pr); 
171     pr=pr->link; 
172   } 
173 }
174 
175 check() //显示所有进程状态函数 
176 { 
177   PCB* pr; 
178   int i;
179   printf("
 /\/\/\/\当前正在运行的进程是:%s",p->name); //显示当前运行进程 
180    printf("
 qname 	status	 prio 	ndtime	 runtime 
"); 
181   disp(p); 
182   
183   printf("
 当前就绪队列状态为:
"); //显示就绪队列状态  
184   for(i=N;i>=1;i--)
185     printbyprio(i);
186   
187 } 
188 
189 
190 destroy() //进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程) 
191 { 
192   printf("
 进程 [%s] 已完成.
",p->name); 
193   free(p); 
194 } 
195 
196 
197 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 
198 { 
199   int slice,i;
200   slice=1;
201   for(i=1;i<((N+1)-p->prio);i++)
202     slice=slice*2;
203     
204   for(i=1;i<=slice;i++)
205   {
206      (p->rtime)++; 
207      if (p->rtime==p->ntime)
208        break;
209        
210   }
211   if(p->rtime==p->ntime) 
212       destroy(); /* 调用destroy函数*/ 
213   else 
214   { 
215     if(p->prio>1) (p->prio)--; 
216     p->status='r'; 
217     sort(); /*调用sort函数*/ 
218   } 
219 } 
220 void cteatpdisp()
221 //显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程
222 { 
223  
224   int i;
225    
226   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 
227   for(i=N;i>=1;i--)
228     printbyprio(i);
229 }
230 void creatp()
231 {
232      char temp;
233      printf("
Creat one  more process?type Y (yes)");
234      scanf("%c",&temp);
235      if (temp=='y'||temp=='Y')
236      {
237         input();
238         cteatpdisp();
239      }
240      
241 }
242 
243 MLFQ()//优先级
244 {
245   int len,h=0; 
246   char ch; 
247   input(); 
248   len=space(); 
249   while((len!=0)&&(ready!=NULL)) 
250   { 
251     ch=getchar(); 
252     /*getchar();*/
253     h++; 
254     printf("
 The execute number:%d 
",h); 
255     p=ready; 
256     ready=p->link; 
257     p->link=NULL; 
258     p->status='R'; 
259     check(); 
260     running(); 
261     creatp();
262     printf("
 按任一键继续......"); 
263     ch=getchar(); 
264   } 
265   printf("

 进程已经完成.
"); 
266   ch=getchar(); 
267   ch=getchar();
268     
269 
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 }
291 RR()//时间片
292 {
293     int timeflag=0;
294     int timepiece=2;
295     int k;
296     char ch;
297     input2();
298     sort2();
299     while(count>=0)
300     {
301         if(timeflag==2)
302         {
303             timeflag=0;
304             if(pcb[0].restime==0)
305             {
306             printf("进程%s已完成
",pcb[0].name);
307             
308 
309             if(count!=0){
310                 QueueSort1();
311                 printf("进程%s正在运行
",pcb[0].name);
312             }
313             if(count>=1)
314                 for(k=1;k<count;k++)
315                 printf("进程%s正在等待
",pcb[k].name);
316             if(count==0){
317                 pcb[0].restime--;
318                 count--;
319             }
320             }
321             else{
322                 QueueSort();
323                 if(count!=0){
324                 printf("进程%s正在运行
",pcb[0].name);
325                 }
326                 if(count>=1)
327                 for(k=1;k<count;k++)
328                 printf("进程%s正在等待
",pcb[k].name);
329             }
330 
331                 
332             
333 
334         }
335         else{
336             if(pcb[0].restime==0)
337             {
338             printf("进程%s已完成
",pcb[0].name);
339             if(count!=0){
340                 QueueSort1();
341                 printf("进程%s正在运行
",pcb[0].name);
342             }
343             if(count>=1)
344                 for(k=1;k<count;k++)
345                 printf("进程%s正在等待
",pcb[k].name);
346             }
347             else{
348                 pcb[0].restime--;
349                 if(count!=0)
350                 printf("进程%s正在运行
",pcb[0].name);
351             
352                 if(count>=1)
353                 for(k=1;k<count;k++)
354                 printf("进程%s正在等待
",pcb[k].name);
355             }
356         
357 
358 
359         }
360         timeflag++;
361         printf("
 按任一键继续......"); 
362         ch=getchar(); 
363         ch=getchar();
364     }
365      printf("

 全部进程已经完成.
"); 
366 
367 }
368      
369 
370 main() //主函数
371 { 
372   int select;
373   printf("****************模拟进程调度*****************
");
374   printf("—————-—————————————-————————————
");
375   printf("************1.多级反馈队列调度算法************
");
376   printf("************2.时间片轮转调度算法**************
");
377   printf("************0.退出****************************
");
378   printf("—————-—————————————-————————————
");
379   printf("请选择：");
380   scanf("%d",&select);
381   if(select==1)
382   {
383     MLFQ();
384   }
385   else if(select==2)
386   {
387     RR();
388   }
389   else if(select==0)
390   {
391         exit(0);
392   }
393   
394 }

运行结果：

总结：作业调度和进程调度还是有明显区别的，进程调度是真正让某个就绪状态的进程到处理机上运行，而作业调度只是使作业具有了竞争处理机的机会。

对进程调度的理解还有待提高。