实验二 作业调度模拟程序

实验二 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？	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	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，轮转法，多级反馈队列算法。
5	如何编程实现作业调度算法？	分析各种调度算法，理解算法过程，利用先来先服务（FCFS）算法，最短作业优先 (SJF)算法编程实现
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？	输入：读取文件的方式 输出：以二维表关系的形式输出

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

单道FCFS算法：

#include<stdio.h>
#include<time.h>
#include<windows.h>

struct job
{
char name[10]; //作业名
char status;
int id;
int arrtime;    //到达时间
int reqtime;    //要求服务时间
int startime;    //开始时间
int finitime;    //结束时间
float TAtime,TAWtime;
float rp;
}job[24];

int ReadFile()
{
int i=0;
FILE *fp;     //定义文件指针
fp=fopen("3.txt","r");  //打开文件
if(fp==NULL)
{
printf("File open error !\n");
exit(0);
}
printf("\n id    作业到达时间     作业运行所需要时间\n");
while(!feof(fp))
{
fscanf(fp,"%s%d%d",&job[i].name,&job[i].arrtime,&job[i].reqtime);  //fscanf()函数将数据读入
printf("\n%3s%12d%15d",job[i].name,job[i].arrtime,job[i].reqtime);  //输出到屏幕
i++;
};

if(fclose(fp))     //关闭文件
{
printf("Can not close the file !\n");
exit(0);
}
return i;

}

//伪随机数产生器
int Pseudo_random_number()
{
int i,n;
srand((unsigned)time(0));  //参数seed是rand()的种子，用来初始化rand()的起始值。
//输入作业数
n=rand()%23+5;
for(i=0; i<n; i++)
{
job[i].id=i+1;
//作业到达时间
job[i].arrtime=rand()%29+1;
//作业运行时间
job[i].reqtime=rand()%7+1;
}
printf("\n id    作业到达时间     作业运行所需要时间\n");
for(i=0; i<n; i++)
{
printf("\n%3d%12d%15d",job[i].id,job[i].arrtime,job[i].reqtime);
}
return n;

}

void sort(struct job temp[24],int num)
{
int i;
int j;
struct job k;
for(i=0;i<num-1;i++)
{
for(j=i+1;j<num;j++)
{
if(temp[j].arrtime<temp[i].arrtime)
{
k = temp[j];
temp[j] = temp[i];
temp[i] = k;
}
}
}
}

void FCFS(struct job temp[24],int num)
{
int i=0;
printf("·······先来先服务算法FCFS·······\n");
float sumTAtime=0;
float aveTAtime=0;
sort(temp,num);
temp[i].startime = temp[i].arrtime;
temp[i].finitime = temp[i].startime + temp[i].reqtime;
temp[i].TAtime = temp[i].finitime - temp[i].arrtime;
sumTAtime+=temp[i].TAtime;
aveTAtime+=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
for(i=1;i<num;i++)
{
temp[i].startime = temp[i-1].finitime;
temp[i].finitime = temp[i].startime + temp[i].reqtime;
temp[i].TAtime = temp[i].finitime - temp[i].arrtime;
temp[i].rp=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
sumTAtime+=temp[i].TAtime;
aveTAtime+=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
}

printf("作业名  到达时间  CPU所需时间  开始时间  结束时间  周转时间\n");
for(i=0;i<num;i++)
{
printf("%s\t  %d\t     %d\t         %d\t   %d\t   %f\n",temp[i].name,temp[i].arrtime,
temp[i].reqtime,temp[i].startime,temp[i].finitime,temp[i].TAtime);
}
printf("平均周转时间=%f\n",sumTAtime/num);
printf("平均带权周转时间=%f\n",aveTAtime/num);

}

void SJF(struct job temp[24],int num)
{
printf("·······最短作业优先算法SJF·······\n");
int i=0;
int j;
struct job k;
float sumTAtime=0;
float aveTAtime=0;
sort(temp,num);
temp[i].startime = temp[i].arrtime;
temp[i].finitime = temp[i].startime + temp[i].reqtime;
temp[i].TAtime = temp[i].finitime - temp[i].arrtime;
sumTAtime+=temp[i].TAtime;
aveTAtime+=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
for(i=1;i<num-1;i++)
{
for(j=i+1;j<num;j++)
{
if(temp[j].reqtime<temp[i].reqtime)
{
k=temp[j];
temp[j]=temp[i];
temp[i]=k;
}
}
}
for(i=1;i<num;i++)
{
temp[i].startime = temp[i-1].finitime;
temp[i].finitime = temp[i].startime + temp[i].reqtime;
temp[i].TAtime = temp[i].finitime - temp[i].arrtime;
sumTAtime+=temp[i].TAtime;
aveTAtime+=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
}

printf("作业名  到达时间  CPU所需时间  开始时间  结束时间  周转时间\n");
for(i=0;i<num;i++)
{
printf("  %s\t  %d\t     %d\t         %d\t   %d\t   %f\n",temp[i].name,temp[i].arrtime,
temp[i].reqtime,temp[i].startime,temp[i].finitime,temp[i].TAtime);
}
printf("平均周转时间=%f\n",sumTAtime/num);
printf("平均带权周转时间=%f\n",aveTAtime/num);

}

void HRRN(struct job temp[24],int num)
{
int i=0;
int j;
struct job k;
printf("·······最高响应比优先算法HRRF·······\n");
sort(temp,num);
float sumTAtime=0;
float aveTAtime=0;
temp[i].startime = temp[i].arrtime;
temp[i].finitime = temp[i].startime + temp[i].reqtime;
temp[i].TAtime = temp[i].finitime - temp[i].arrtime;
sumTAtime+=temp[i].TAtime;
aveTAtime+=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
for(i=1;i<num;i++)
{
temp[i].startime = temp[i-1].finitime;
temp[i].finitime = temp[i].startime + temp[i].reqtime;
temp[i].TAtime = temp[i].finitime - temp[i].arrtime;
temp[i].rp=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
sumTAtime+=temp[i].TAtime;
aveTAtime+=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
}
for(i=1;i<num-1;i++)
{
for(j=i+1;j<num;j++)
{
if(temp[j].rp<temp[i].rp)
{
k=temp[j];
temp[j]=temp[i];
temp[i]=k;
}
}
}
for(i=1;i<num;i++)
{
temp[i].startime = temp[i-1].finitime;
temp[i].finitime = temp[i].startime + temp[i].reqtime;
temp[i].TAtime = temp[i].finitime - temp[i].arrtime;
temp[i].rp=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
sumTAtime+=temp[i].TAtime;
aveTAtime+=temp[i].TAtime/temp[i].reqtime;
}

printf("作业名  到达时间  CPU所需时间  开始时间  结束时间  周转时间\n");
for(i=0;i<num;i++)
{
printf("  %s\t  %d\t     %d\t         %d\t   %d\t   %f\n",temp[i].name,temp[i].arrtime,
temp[i].reqtime,temp[i].startime,temp[i].finitime,temp[i].TAtime);
}
printf("平均周转时间=%f\n",sumTAtime/num);
printf("平均带权周转时间=%f\n",aveTAtime/num);
}

int main()
{
int x;
int num;
int i;
printf("*******************************\n");
printf("1.调用文本写入数据\n");
printf("2.调用伪随机数产生数据\n");
printf("3.调用自己输入模拟数据\n");
printf("*******************************\n");
printf("请选择菜单项：");
scanf("%d",&x);
if(x==1)
{
num=ReadFile();
}
else if(x==2)
{
num=Pseudo_random_number();
}
else if(x==3)
{
printf("作业个数：");
scanf("%d",&num);
printf("\n");
for(i = 0;i<num;i++)
{
printf("第%d个作业：\n",i+1);
printf("输入作业名：");
scanf("%s",&job[i].name);
printf("到达时间：");
scanf("%d",&job[i].arrtime);
printf("要求服务时间：");
scanf("%d",&job[i].reqtime);
printf("\n");
}
printf("经按到达时间排序后，未达到队列是\n");
printf("id\t作业到达时间\t作业运行所需要的时间\n");
for(i=0;i<num;i++)
{
printf("%s\t%d\t\t%d\n",job[i].name,job[i].arrtime,job[i].reqtime);
}

}
while(1)
{
printf("\n");
printf("*******************************\n");
printf("1.FCFS算法调度\n");
printf("2.SJF算法调度\n");
printf("3.HRRF算法调度\n");
printf("0.退出算法调度\n");
printf("*******************************\n");
printf("请输入菜单项：");
scanf("%d",&x);
if(x==1)
{
FCFS(job,num);
}
else if(x==2)
{
SJF(job,num);
}
else if(x==3)
{
HRRN(job,num);
}
else if(x==0)
{
exit(0);
}
return 0;
}
}

运行结果：











实验总结：通过这次实验，加深了自己对作业调度算法的理解，加强了对程序设计的训练，仍然有部分问题没解决，就像产生随机数，周转时间是负数的BUG没解决还有选择调度算法后就直接结束了，并没有进行循环。程序设计方面还要有待加强。