实验三 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

动态优先数（优先数只减不加）：

#include "stdio.h"
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type))
#define N 3
int count;
sort2();
struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */
char name[10]; //进程名
char status; //进程状态
int prio; //优先数
int ntime; //需要运行的时间
int rtime; //已用时间
struct pcb* link;
}*ready=NULL,*p;

typedef struct pcb PCB; //进程控制块

struct pcb2 { /* 定义进程控制块PCB2 */
char name[10];
char status;
int prio;
int atime;
int ntime;
int runtime;
int restime;
}pcb[24];
input2() /* 建立进程控制块函数*/
{
int i,num;

printf("\n 请输入进程数:");
scanf("%d",&num);
count=num;
for(i=0;i<num;i++)
{
printf("\n 进程号No.%d:\n",i);
printf("\n 请输入进程名:");
scanf("%s",pcb[i].name);
printf("\n 请输入进程到达时间:");
scanf("%d",&pcb[i].atime);

printf("\n 请输入进程运行时间:");
scanf("%d",&pcb[i].ntime);
printf("\n");
pcb[i].runtime=0;
pcb[i].status='r';
pcb[i].restime=pcb[i].ntime;

}
sort2();
printf("\n\n--------------FCFS排序之后-----------------\n");
printf("进程名  到达时间  需要运行时间\n");
for(i=0;i<num;i++)
{
printf("%s  %d  %d \n",pcb[i].name,pcb[i].atime,pcb[i].ntime);
}

}

sort2()
{

int i,j;
struct pcb2 t;
for(i=0;i<count-1;i++) //按进程到达时间的先后排序
{                               //如果两个进程同时到达，按在屏幕先输入的先运行
for(j=i+1;j<count;j++)
{
if(pcb[j].atime< pcb[i].atime)
{
t=pcb[j];
pcb[j]=pcb[i];
pcb[i]=t;
}

}
}
}

sort() /* 进程进行优先级排列函数*/
{
PCB *first, *second;
int insert=0;
if((ready==NULL)||((p->prio)>(ready->prio))) /*优先级最大者,插入队首*/
{
p->link=ready;
ready=p;
}
else /* 进程比较优先级,插入适当的位置中*/
{
first=ready;
second=first->link;
while(second!=NULL)
{
if((p->prio)>(second->prio)) /*若插入进程比当前进程优先数大,*/
{ /*插入到当前进程前面*/
p->link=second;
first->link=p;
second=NULL;
insert=1;
}
else /* 插入进程优先数最低,则插入到队尾*/
{
first=first->link;
second=second->link;
}
}
if(insert==0) first->link=p;
}
}

input() /* 建立进程控制块函数*/
{
int i,num;
/*clrscr();  */   /*清屏*/
printf("\n 请输入进程数:");
scanf("%d",&num);
for(i=0;i<num;i++)
{
printf("\n 进程号No.%d:\n",i);
p=getpch(PCB);  /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */
printf("\n 请输入进程名:");
scanf("%s",p->name);
/*printf("\n 输入进程优先数:");
scanf("%d",&p->prio); */
p->prio=N;
printf("\n 请输入进程运行时间:");
scanf("%d",&p->ntime);
printf("\n");
p->rtime=0;p->status='r';
p->link=NULL;
sort(); /* 调用sort函数*/
}

}

int space()
{
int l=0; PCB* pr=ready;
while(pr!=NULL)
{
l++;
pr=pr->link;
}
return(l);
}

disp(PCB * pr) /*单个进程显示函数*/
{
printf("|%s\t",pr->name);
printf("|%c\t",pr->status);
printf("|%d\t",pr->prio);
printf("|%d\t",pr->ntime);
printf("|%d\t",pr->rtime);
printf("\n");
}

void printbyprio(int prio)
{
PCB* pr;
pr=ready;
printf("\n ****当前第%d级队列(优先数为%d)的就绪进程有:\n",(N+1)-prio,prio); /*显示就绪队列状态*/
printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n");
while(pr!=NULL)
{
if (pr->prio==prio) disp(pr);
pr=pr->link;
}
}

check() /* 显示所有进程状态函数 */
{
PCB* pr;
int i;
printf("\n /\\/\\/\\/\\当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/
printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n");
disp(p);

printf("\n 当前就绪队列状态为:\n"); /*显示就绪队列状态*/
for(i=N;i>=1;i--)
printbyprio(i);
/*
while(pr!=NULL)
{
disp(pr);
pr=pr->link;
}
*/
}

destroy() /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/
{
printf("\n 进程 [%s] 已完成.\n",p->name);
free(p);
}

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*/
{
int slice,i;
slice=1;
for(i=1;i<((N+1)-p->prio);i++)
slice=slice*2;

for(i=1;i<=slice;i++)
{
(p->rtime)++;
if (p->rtime==p->ntime)
break;

}
if(p->rtime==p->ntime)
destroy(); /* 调用destroy函数*/
else
{
if(p->prio>1) (p->prio)--;
p->status='r';
sort(); /*调用sort函数*/
}
}

void cteatpdisp()
/*显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程*/
{

int i;

printf("\n 当增加新进程后,所有就绪队列中的进程(此时无运行进程):\n"); /*显示就绪队列状态*/
for(i=N;i>=1;i--)
printbyprio(i);
}
void creatp()
{
char temp;
printf("\nCreat one  more process?type Y (yes)");
scanf("%c",&temp);
if (temp=='y'||temp=='Y')
{
input();
cteatpdisp();
}
}

PRIO()//最高优先数优先调度算法
{
int len,h=0;
char ch;
input();
len=space();
while((len!=0)&&(ready!=NULL))
{
ch=getchar();
/*getchar();*/
h++;
printf("\n The execute number:%d \n",h);
p=ready;
ready=p->link;
p->link=NULL;
p->status='R';
check();
running();
creatp();
printf("\n 按任一键继续......");
ch=getchar();
}
printf("\n\n 进程已经完成.\n");
ch=getchar();
ch=getchar();
}
QueueSort()
{
int i;
struct pcb2 t;
t=pcb[0];
for(i=1;i<count;i++)
pcb[i-1]=pcb[i];
pcb[0].restime--;
pcb[count-1]=t;

}
QueueSort1()
{
int i;

for(i=1;i<count;i++)
pcb[i-1]=pcb[i];
count--;

}
RR()//时间片轮转法调度算法
{
int timeflag=0;
int timepiece=2;
int T;
printf("\n请输入时间片：");
scanf("%d",&T);
int k;
char ch;
input2();
sort2();
while(count>=0)
{
if(timeflag==T)
{
timeflag=0;
if(pcb[0].restime==0)
{
printf("进程%s已完成\n",pcb[0].name);

if(count!=0){
QueueSort1();
printf("当前正在运行进程是:%s\n",pcb[0].name);
}
if(count>=1)
for(k=1;k<count;k++)
printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name);
if(count==0){
pcb[0].restime--;
count--;
}
}
else{
QueueSort();
if(count!=0){
//QueueSort1();
printf("当前正在运行进程是:%s\n",pcb[0].name);
}
if(count>=1)
for(k=1;k<count;k++)
printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name);
}
}
else{
if(pcb[0].restime==0)
{
printf("进程%s已完成\n",pcb[0].name);
if(count!=0){
QueueSort1();
printf("进程%s正在运行\n",pcb[0].name);
}
if(count>=1)
for(k=1;k<count;k++)
printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name);
}
else{
pcb[0].restime--;
if(count!=0)
printf("进程%s正在运行\n",pcb[0].name);

if(count>=1)
for(k=1;k<count;k++)
printf("进程%s正在等待\n",pcb[k].name);
}
}
timeflag++;
printf("\n 按任一键继续......");
ch=getchar();
ch=getchar();
}
printf("\n\n 全部进程已经完成.\n");
}

main() /*主函数*/
{
int select;
printf("-------------------请选择进程调度算法----------------------\n");
printf("0:退出\n1:采用最高优先数优先调度算法\n2:采用基于时间片轮转法调度算法\n");
printf("请选择：");
scanf("%d",&select);
if(select==1)
{
PRIO();
}
else if(select==2)
{
RR();
}
else if(select==0)
{
exit(0);
}
}