操作系统作业调度-操作系统

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？	作业是用户提交给操作系统计算的一个独立任务。
2	一个作业具备什么信息？	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。
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	单个作业使用结构体，多个作业使用队列。
4	操作系统中，常用的作业调度算法有哪些？	先来先服务（FCFS）算法，最短作业优先 (SJF)算法，最短剩余时间优先算法，最高响应比优先(HRRN)算法。
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、实验环境

可以采用TC，也可以选用Windows下的利用各种控件较为方便的VB，VC等可视化环境。也可以自主选择其他实验环境。

四、实验原理及核心算法参考程序段

  1 #include <iostream>
  2 #include <string>
  3 using namespace std;
  4 
  5 struct time //时间的数据结构
  6 {
  7     int hour;
  8     int minute;
  9 };
 10 
 11 struct Job //作业
 12 {
 13     string jobname;   //作业名
 14     time intime;      //进入时间
 15     int runtime;      //作业估计运行时间
 16     time starttime;   //作业开始时间
 17     time endtime;     //作业结束时间
 18     int cycletime;    //作业周转时间
 19     float cltime;     //作业带权周转时间
 20     bool haverun;      //是否已运行
 21 };
 22 
 23 float T=0;//作业平均周转时间
 24 float W=0;//作业带权平均周转时间
 25 
 26 void showInput(Job job[],int &n)  //输入提示
 27 {
 28     cout<<"请按作业进入时间先后顺序输入"<<endl;
 29     for(int i=0;i<n;i++)
 30     {
 31          printf("作业%d",i+1);
 32         printf("的作业名:");
 33         scanf("%s",&job[i].jobname);
 34         printf("作业进入时间:");
 35         scanf("%d:%d",&job[i].intime.hour,&job[i].intime.minute);
 36         printf("作业估计运行时间:");
 37         scanf("%d",&job[i].runtime);
 38         job[i].starttime.hour=0;
 39         job[i].starttime.minute=0;
 40         job[i].endtime.hour=0;
 41         job[i].endtime.minute=0;
 42         job[i].cycletime=0;
 43         job[i].cltime=0;
 44         job[i].haverun=false; //标记为未运行
 45         printf("
");
 46     }
 47 }
 48 
 49 void Init(Job job[],int &n)//初始化
 50 {
 51     for(int i=0;i<n;i++)
 52     {
 53         job[i].starttime.hour=0;
 54         job[i].starttime.minute=0;
 55         job[i].endtime.hour=0;
 56         job[i].endtime.minute=0;
 57         job[i].cycletime=0;
 58         job[i].cltime=0;
 59         job[i].haverun=false; //标记为未运行
 60     }
 61     T=0;
 62     W=0;
 63 }
 64 
 65 void showTime(time time)    //显示时间
 66 {
 67     cout<<time.hour<<":"<<time.minute;
 68 }
 69 int timeDiff(time t1,time t2)  //计算时间差,时间t1比t2大
 70 {
 71     return t1.hour*60+t1.minute-(t2.hour*60+t2.minute);
 72 }
 73 time timeAdd(time time,int addtime) //时间相加
 74 {
 75     time.hour+=addtime/60;
 76     time.minute+=addtime%60;
 77     if(time.minute>=60)
 78     {
 79         time.hour++;
 80         time.minute-=60;
 81     }
 82     return time;
 83 }
 84 bool comtime(time t1,time t2)//比较两个时间的大小，第一个大就返回TRUE
 85 {
 86     if(t1.hour>t2.hour)
 87         return true;
 88     else if(t1.hour==t2.hour&&t1.minute>=t2.minute)
 89         return true;
 90     else
 91         return false;
 92 }
 93

//菜单
void menu()
{
    printf("

                 |*************** 作业调度 *************|
");
    printf("                 |======================================|
");
    printf("                 |            1.读取作业                |
");
    printf("                 |            2.伪随机数产生器          |
");
    printf("                 |            3.作业调度                |
");
      printf("                 |            0.退出                    |
");
    printf("                 |======================================|
");
}

 94 void showResult(Job job[],int &n)  //显示结果
 95 {
 96     cout<<"jobname	intime	runtime	sttime	endtime	周转时间(分钟)	带权周转时间"<<endl;
 97 //    cout<<"*******************************************************************"<<endl;
 98     for(int i=0;i<n;i++)
 99     {
100         cout<<job[i].jobname<<"	";
101         showTime(job[i].intime);
102         cout<<"	"<<job[i].runtime<<"	";
103         showTime(job[i].starttime);
104         cout<<"	";
105         showTime(job[i].endtime);
106         cout<<"	  "<<job[i].cycletime<<"		  "<<job[i].cltime<<endl;
107     }
108     cout<<"作业平均周转时间：T="<<T/(n*1.0)<<endl;
109     cout<<"作业带权平均周转时间：W="<<W/(n*1.0)<<endl;
110 }
111 
112 int minRuntime(Job job[],int &n,time &t) //找出作业中最短作业下标
113 {
114     int min=-1;
115     for(int i=0;i<n;i++)
116     {
117         if(job[i].haverun==false && comtime(t,job[i].intime)==true)
118         {
119             min=i;
120             break;
121         }    
122     }
123     for(int j=min+1;j<n;j++)
124         if(job[j].haverun==false && job[j].runtime<job[min].runtime && comtime(t,job[j].intime)==true)
125             min=j;
126     return min;
127 }
128 
129 
130 
131 int Firstintime(Job job[],int &n) //找出作业中最先到的
132 {
133     int min=-1;
134     for(int i=0;i<n;i++)
135     {
136         if(job[i].haverun==false)
137         {
138             min=i;
139             break;
140         }
141     }
142     for(int j=min+1;j<n;j++)
143         if(job[j].haverun==false && comtime(job[min].intime,job[j].intime))
144             min=j;
145     return min;
146 }
147 void FCFS(Job job[],int &n)//先来先服务作业调度
148 {
149     struct time t;
150     job[0].starttime.hour=job[0].intime.hour;
151     job[0].starttime.minute=job[0].intime.minute;
152     job[0].endtime=timeAdd(job[0].starttime,job[0].runtime);
153     job[0].haverun=true;
154     job[0].cycletime=timeDiff(job[0].endtime,job[0].intime);
155     job[0].cltime=job[0].cycletime*1.0/job[0].runtime;
156     T+=job[0].cycletime;
157     W+=job[0].cltime;
158     t=job[0].endtime;
159     while(Firstintime(job,n)!=-1)
160     {
161         int i=Firstintime(job,n);
162         if(comtime(job[i].intime,t))
163             job[i].starttime=job[i].intime;
164         else
165             job[i].starttime=t;
166         job[i].endtime=timeAdd(job[i].starttime,job[i].runtime);
167         job[i].haverun=true;
168         job[i].cycletime=timeDiff(job[i].endtime,job[i].intime);
169         job[i].cltime=job[i].cycletime*1.0/job[i].runtime;
170         T+=job[i].cycletime;
171         W+=job[i].cltime;
172         t=job[i].endtime;
173     }
174 }
175 void main()
176 {
177     printf("请输入作业数：");
178     int n;   //作业数
179     cin>>n;
180     Job *job=new Job[n];
181     if(n<=0)
182     {
183         printf("输入不合法!");
184         exit(-1);
185     }
186     else
187     {
188         showInput(job,n);
189         cout<<endl;
190         FCFS(job,n);
191         printf("先到先服务：
");
192         showResult(job,n);
193         Init(job,n);
194     
195     }
196     system("pause");
197 }