【操作系统】实验三 进程调度模拟程序 截止提交时间：2016.5.12

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<windows.h>
#include<iostream.h>
#include<string.h>
#define P_NUM 6 //进程数
#define P_TIME 1//时间片长度
#define MIN -9999
enum state //进程状态
{
ready, //就绪
run, //执行
wait, //阻塞
finish //完成
};
class Pcb
{
public:
static void print(){};
~Pcb();
protected:
char* name; //进程名
int allTime; //需要运行时间
int cpuTime; //已用cpu时间
state process; //进程状态
};

class HPcb:public Pcb
{
public:
static void print();
static void highS();
static int getFirst();
private:
int firstNum;

};

HPcb hpcb[P_NUM];

class FPcb:public Pcb
{
public:
static void print();
static void fcfs();
private:
int comeTime;
};

FPcb fpcb[P_NUM];

int HPcb::getFirst() //得到优先级最高的进程
{
int k=0;
for(int i=1;i<P_NUM;i++)
if(hpcb[k].firstNum<hpcb[i].firstNum)
k=i;
return k;
}

void HPcb::highS() //最高优先数优先的调度算法
{
int ii,f,i=0;
for(;i<P_NUM;i++)
{
char* ch;
ch=new char[1];
cout<<"请输入第"<<i+1<<"个进程的“进程名”、“优先数”、“需要运行的时间”："<<endl;
cin>>ch;
hpcb[i].name=new char[strlen(ch)+1];
strcpy(hpcb[i].name,ch);
cin>>hpcb[i].firstNum>>hpcb[i].allTime;
hpcb[i].cpuTime=0;
hpcb[i].process=ready;
}
do
{
f=getFirst();
hpcb[f].cpuTime+=P_TIME;
hpcb[f].firstNum--;
hpcb[f].process=run;
if(hpcb[f].cpuTime>=hpcb[f].allTime)//该进程执行完成
{
hpcb[f].firstNum=MIN;
hpcb[f].process=finish;
hpcb[f].cpuTime=hpcb[f].allTime;//防止所用时间超过总的时间
system("cls");
print();
Sleep(1000);
}
else
{
hpcb[f].firstNum++;//为了输出改变前的相关信息
system("cls");
print();
Sleep(1000);
hpcb[f].firstNum--;
hpcb[f].process=ready;
}
for(ii=0;ii<P_NUM;ii++)//用于判断是否还有进程未完成
if(hpcb[ii].firstNum!=MIN)
break;
}while(ii<P_NUM);//还有进程未完成
cout<<"所有进程已运行完成！"<<endl;

}

Pcb::~Pcb()
{
delete [] name;
}

void FPcb::fcfs() //先来先服务算法
{
int i=0;
for(;i<P_NUM;i++)
{
char* ch;
ch=new char[1];
cout<<"请输入第"<<i+1<<"个进程的“进程名”、“需要运行的时间”："<<endl;
cin>>ch;
fpcb[i].name=new char[strlen(ch)+1];
strcpy(fpcb[i].name,ch);
cin>>fpcb[i].allTime;
fpcb[i].comeTime=i+1;
fpcb[i].cpuTime=0;
fpcb[i].process=ready;
}
for(i=0;i<P_NUM;i++) //P_NUM个进程
{
for(int j=0;j<fpcb[i].allTime;j+=P_TIME) //每个进程所用时间
{
fpcb[i].cpuTime+=P_TIME; //第i个进程所用时间加1个时间片
if(fpcb[i].cpuTime<fpcb[i].allTime) //第i个进程还未完成
fpcb[i].process=run; //将其状态设为就绪态
else
{
fpcb[i].cpuTime=fpcb[i].allTime; //防止所用时间超过总时间，因为时间片不定
fpcb[i].process=finish; //将状态设为完成态
}
if(j+P_TIME>=fpcb[i].allTime)
{
if((i+1)!=P_NUM) //如果第i+1个进程不是最后一个进程
{
fpcb[i+1].cpuTime=fpcb[i].cpuTime-fpcb[i].allTime;
fpcb[i].cpuTime=fpcb[i].allTime;
fpcb[i].process=finish;
fpcb[i+1].process=run;

}
else
{
fpcb[i].process=finish;
fpcb[i].cpuTime=fpcb[i].allTime;
}
}
system("cls");
print();
Sleep(1000);
}
}
cout<<"所有进程已运行完成！"<<endl;
}

void HPcb::print()
{
cout<<"*********************************************************************"<<endl;
cout<<"进程名"<<"\t"<<"还需运行时间\t"<<"已用CPU时间"<<"\t"<<"优先级"<<"\t"<<"状态"<<endl;
for(int i=0;i<P_NUM;i++)
{
cout<<hpcb[i].name<<"\t\t"<<hpcb[i].allTime-hpcb[i].cpuTime<<"\t\t"<<hpcb[i].cpuTime<<"\t"<<hpcb[i].firstNum<<"\t";
switch(hpcb[i].process)
{
case wait:cout<<"阻塞态"<<endl;break;
case ready:cout<<"就绪态"<<endl;break;
case run:cout<<"运行态"<<endl;break;
case finish:cout<<"完成态"<<endl;break;
}
}
cout<<"---------------------------------------------------------------------"<<endl;
cout<<endl;
}

void FPcb::print()
{
cout<<"*********************************************************************"<<endl;
cout<<"进程名"<<"\t"<<"还需运行时间\t"<<"已用CPU时间"<<"\t"<<"状态"<<endl;
for(int i=0;i<P_NUM;i++)
{
cout<<fpcb[i].name<<"\t\t"<<fpcb[i].allTime-fpcb[i].cpuTime<<"\t\t"<<fpcb[i].cpuTime<<"\t";
switch(fpcb[i].process)
{
case wait:cout<<"阻塞态"<<endl;break;
case ready:cout<<"就绪态"<<endl;break;
case run:cout<<"运行态"<<endl;break;
case finish:cout<<"完成态"<<endl;break;
}
}
cout<<"---------------------------------------------------------------------"<<endl;
cout<<endl;
}

int main()
{
char ch;
cout<<"请选择算法：\n1. 先来先服务算法\n2. 最高优先数优先的调度算法\n0. 退出"<<endl;
cin>>ch;
if(ch=='1')
FPcb::fcfs();
else if(ch=='2')
HPcb::highS();
return 0;
}