时间片轮转算法和优先级调度算法 C语言模拟实现

一、目的和要求
进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求用高级语言编写模拟进程调度程序，以便加深理解有关进程控制快、进程队列等概念，并体会和了解优先数算法和时间片轮转算法的具体实施办法。
二、实验内容
1.设计进程控制块PCB的结构，通常应包括如下信息：
进程名、进程优先数（或轮转时间片数）、进程已占用的CPU时间、进程到完成还需要的时间、进程的状态、当前队列指针等。
2.编写两种调度算法程序：
优先数调度算法程序
循环轮转调度算法程序
3.按要求输出结果。
三、提示和说明
分别用两种调度算法对伍个进程进行调度。每个进程可有三种状态；执行状态（RUN）、就绪状态（READY,包括等待状态）和完成状态（FINISH），并假定初始状态为就绪状态。
（一）进程控制块结构如下：
NAME——进程标示符
PRIO/ROUND——进程优先数/进程每次轮转的时间片数（设为常数2）
CPUTIME——进程累计占用CPU的时间片数
NEEDTIME——进程到完成还需要的时间片数
STATE——进程状态
NEXT——链指针
注：
1.为了便于处理，程序中进程的的运行时间以时间片为单位进行计算；
2.各进程的优先数或轮转时间片数，以及进程运行时间片数的初值，均由用户在程序运行时给定。
（二）进程的就绪态和等待态均为链表结构，共有四个指针如下：
RUN——当前运行进程指针
READY——就需队列头指针
TAIL——就需队列尾指针
FINISH——完成队列头指针
（三）程序说明
1. 在优先数算法中，进程优先数的初值设为：
50-NEEDTIME
每执行一次，优先数减1，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。
在轮转法中，采用固定时间片单位（两个时间片为一个单位），进程每轮转一次，CPU时间片数加2，进程还需要的时间片数减2，并退出CPU，排到就绪队列尾，等待下一次调度。
2. 程序的模块结构提示如下：
整个程序可由主程序和如下7个过程组成：
（1）INSERT1——在优先数算法中，将尚未完成的PCB按优先数顺序插入到就绪队列中；
（2）INSERT2——在轮转法中，将执行了一个时间片单位（为2），但尚未完成的进程的PCB，插到就绪队列的队尾；
（3）FIRSTIN——调度就绪队列的第一个进程投入运行；
（4）PRINT——显示每执行一次后所有进程的状态及有关信息。
（5）CREATE——创建新进程，并将它的PCB插入就绪队列；
（6）PRISCH——按优先数算法调度进程；
（7）ROUNDSCH——按时间片轮转法调度进程。
主程序定义PCB结构和其他有关变量。
（四）运行和显示
程序开始运行后，首先提示：请用户选择算法，输入进程名和相应的NEEDTIME值。
每次显示结果均为如下5个字段：
name cputime needtime priority state
注：
1．在state字段中，"R"代表执行态，"W"代表就绪（等待）态，"F"代表完成态。
2．应先显示"R"态的，再显示"W"态的，再显示"F"态的。
3．在"W"态中，以优先数高低或轮转顺序排队；在"F"态中，以完成先后顺序排队。

/*
操作系统实验之时间片轮转算法和优先级调度算法
By Visual C++ 6.0
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct node
{
char name[20];    /*进程的名字*/
int prio;     /*进程的优先级*/
int round;     /*分配CPU的时间片*/
int cputime;    /*CPU执行时间*/
int needtime;    /*进程执行所需要的时间*/
char state;     /*进程的状态，W——就绪态，R——执行态，F——完成态*/
int count;     /*记录执行的次数*/
struct node *next;   /*链表指针*/
}PCB;
PCB *ready=NULL,*run=NULL,*finish=NULL; /*定义三个队列，就绪队列，执行队列和完成队列*/
int num;
void GetFirst();    /*从就绪队列取得第一个节点*/
void Output();     /*输出队列信息*/
void InsertPrio(PCB *in);  /*创建优先级队列，规定优先数越小，优先级越高*/
void InsertTime(PCB *in);  /*时间片队列*/
void InsertFinish(PCB *in);  /*时间片队列*/
void PrioCreate();    /*优先级输入函数*/
void TimeCreate();    /*时间片输入函数*/
void Priority();    /*按照优先级调度*/
void RoundRun();    /*时间片轮转调度*/
int main(void)
{
char chose;
printf("请输入要创建的进程数目:/n");
scanf("%d",&num);
getchar();
printf("输入进程的调度方法：(P/R)/n");
scanf("%c",&chose);
switch(chose)
{
case 'P':
case 'p':
PrioCreate();
Priority();
break;
case 'R':
case 'r':
TimeCreate();
RoundRun();
break;
default:break;
}
Output();
return 0;
}
void GetFirst()  /*取得第一个就绪队列节点*/
{
run = ready;

if(ready!=NULL)
{
run ->state = 'R';
ready = ready ->next;
run ->next = NULL;
}
}
void Output()    /*输出队列信息*/
{
PCB *p;
p = ready;
printf("进程名/t优先级/t轮数/tcpu时间/t需要时间/t进程状态/t计数器/n");
while(p!=NULL)
{
printf("%s/t%d/t%d/t%d/t%d/t/t%c/t/t%d/n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);
p = p->next;
}
p = finish;
while(p!=NULL)
{
printf("%s/t%d/t%d/t%d/t%d/t/t%c/t/t%d/n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);
p = p->next;
}
p = run;
while(p!=NULL)
{
printf("%s/t%d/t%d/t%d/t%d/t/t%c/t/t%d/n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);
p = p->next;
}
}
void InsertPrio(PCB *in) /*创建优先级队列，规定优先数越小，优先级越低*/
{
PCB *fst,*nxt;
fst = nxt = ready;

if(ready == NULL)  /*如果队列为空，则为第一个元素*/
{
in->next = ready;
ready = in;
}
else     /*查到合适的位置进行插入*/
{
if(in ->prio >= fst ->prio)  /*比第一个还要大，则插入到队头*/
{
in->next = ready;
ready = in;
}
else
{
while(fst->next != NULL)  /*移动指针查找第一个别它小的元素的位置进行插入*/
{
nxt = fst;
fst = fst->next;
}

if(fst ->next == NULL) /*已经搜索到队尾，则其优先级数最小，将其插入到队尾即可*/
{
in ->next = fst ->next;
fst ->next = in;
}
else     /*插入到队列中*/
{
nxt = in;
in ->next = fst;
}
}
}
}
void InsertTime(PCB *in)  /*将进程插入到就绪队列尾部*/
{
PCB *fst;
fst = ready;

if(ready == NULL)
{
in->next = ready;
ready = in;
}
else
{
while(fst->next != NULL)
{
fst = fst->next;
}
in ->next = fst ->next;
fst ->next = in;
}
}
void InsertFinish(PCB *in)  /*将进程插入到完成队列尾部*/
{
PCB *fst;
fst = finish;

if(finish == NULL)
{
in->next = finish;
finish = in;
}
else
{
while(fst->next != NULL)
{
fst = fst->next;
}
in ->next = fst ->next;
fst ->next = in;
}
}
void PrioCreate() /*优先级调度输入函数*/
{
PCB *tmp;
int i;

printf("输入进程名字和进程所需时间：/n");
for(i = 0;i < num; i++)
{
if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL)
{
perror("malloc");
exit(1);
}
scanf("%s",tmp->name);
getchar();    /*吸收回车符号*/
scanf("%d",&(tmp->needtime));
tmp ->cputime = 0;
tmp ->state ='W';
tmp ->prio = 50 - tmp->needtime;  /*设置其优先级，需要的时间越多，优先级越低*/
tmp ->round = 0;
tmp ->count = 0;
InsertPrio(tmp);      /*按照优先级从高到低，插入到就绪队列*/
}
}
void TimeCreate() /*时间片输入函数*/
{
PCB *tmp;
int i;

printf("输入进程名字和进程时间片所需时间：/n");
for(i = 0;i < num; i++)
{
if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL)
{
perror("malloc");
exit(1);
}
scanf("%s",tmp->name);
getchar();
scanf("%d",&(tmp->needtime));
tmp ->cputime = 0;
tmp ->state ='W';
tmp ->prio = 0;
tmp ->round = 2;  /*假设每个进程所分配的时间片是2*/
tmp ->count = 0;
InsertTime(tmp);
}
}
void Priority()   /*按照优先级调度，每次执行一个时间片*/
{
int flag = 1;

GetFirst();
while(run != NULL)  /*当就绪队列不为空时，则调度进程如执行队列执行*/
{
Output();  /*输出每次调度过程中各个节点的状态*/
while(flag)
{
run->prio -= 3; /*优先级减去三*/
run->cputime++; /*CPU时间片加一*/
run->needtime--;/*进程执行完成的剩余时间减一*/
if(run->needtime == 0)/*如果进程执行完毕，将进程状态置为F，将其插入到完成队列*/
{
run ->state = 'F';
run->count++; /*进程执行的次数加一*/
InsertFinish(run);
flag = 0;
}
else   /*将进程状态置为W，入就绪队列*/
{
run->state = 'W';
run->count++; /*进程执行的次数加一*/
InsertTime(run);
flag = 0;
}
}
flag = 1;
GetFirst();    /*继续取就绪队列队头进程进入执行队列*/
}
}
void RoundRun()    /*时间片轮转调度算法*/
{

int flag = 1;

GetFirst();
while(run != NULL)
{
Output();
while(flag)
{
run->count++;
run->cputime++;
run->needtime--;
if(run->needtime == 0) /*进程执行完毕*/
{
run ->state = 'F';
InsertFinish(run);
flag = 0;
}
else if(run->count == run->round)/*时间片用完*/
{
run->state = 'W';
run->count = 0;   /*计数器清零，为下次做准备*/
InsertTime(run);
flag = 0;
}
}
flag = 1;
GetFirst();
}
}