实验三、进程调度模拟程序实验

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"
2 #include <stdlib.h>
3 #include <conio.h>
4 #define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type))
5 #define N 3
6 struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */
7        char name[10];
8        char status;
9        int prio;
10        int ntime;
11        int rtime;
12        struct pcb* link;
13 }*ready=NULL,*p;
14
15 typedef struct pcb PCB;
16
17
18 sort() /* 进程进行优先级排列函数*/
19 {
20   PCB *first, *second;
21   int insert=0;
22   if((ready==NULL)||((p->prio)>(ready->prio))) /*优先级最大者,插入队首*/
23   {
24     p->link=ready;
25     ready=p;
26   }
27   else /* 进程比较优先级,插入适当的位置中*/
28   {
29     first=ready;
30     second=first->link;
31     while(second!=NULL)
32     {
33       if((p->prio)>(second->prio)) /*若插入进程比当前进程优先数大,*/
34       { /*插入到当前进程前面*/
35         p->link=second;
36         first->link=p;
37         second=NULL;
38         insert=1;
39       }
40       else /* 插入进程优先数最低,则插入到队尾*/
41       {
42         first=first->link;
43         second=second->link;
44       }
45     }
46     if(insert==0) first->link=p;
47   }
48 }
49
50 input() /* 建立进程控制块函数*/
51 {
52   int i,num;
53   /*clrscr();  */   /*清屏*/
54   printf("\n 请输入进程数?");
55   scanf("%d",&num);
56   for(i=0;i<num;i++)
57   {
58     printf("\n 进程号No.%d:\n",i);
59     p=getpch(PCB);  /*宏(type*)malloc(sizeof(type)) */
60     printf("\n 输入进程名:");
61     scanf("%s",p->name);
62     /*printf("\n 输入进程优先数:");
63     scanf("%d",&p->prio); */
64     p->prio=N;
65     printf("\n 输入进程运行时间:");
66     scanf("%d",&p->ntime);
67     printf("\n");
68     p->rtime=0;p->status='r';
69     p->link=NULL;
70     sort(); /* 调用sort函数*/
71   }
72
73 }
74
75
76 int space()
77 {
78   int l=0; PCB* pr=ready;
79   while(pr!=NULL)
80   {
81   l++;
82   pr=pr->link;
83   }
84   return(l);
85 }
86
87
88 disp(PCB * pr) /*单个进程显示函数*/
89 {
90
91   printf("|%s\t",pr->name);
92   printf("|%c\t",pr->status);
93   printf("|%d\t",pr->prio);
94   printf("|%d\t",pr->ntime);
95   printf("|%d\t",pr->rtime);
96   printf("\n");
97 }
98
99 void printbyprio(int prio)
100 {
101   PCB* pr;
102   pr=ready;
103   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*/
104   printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n");
105   while(pr!=NULL)
106   {
107     if (pr->prio==prio) disp(pr);
108     pr=pr->link;
109   }
110 }
111
112 check() /* 显示所有进程状态函数 */
113 {
114   PCB* pr;
115   int i;
116   printf("\n /\\/\\/\\/\\当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/
117    printf("\n qname \tstatus\t prio \tndtime\t runtime \n");
118   disp(p);
119
120   printf("\n 当前就绪队列状态为:\n"); /*显示就绪队列状态*/
121   for(i=N;i>=1;i--)
122     printbyprio(i);
123   /*
124   while(pr!=NULL)
125   {
126     disp(pr);
127     pr=pr->link;
128     }
129   */
130 }
131
132
133 destroy() /*进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/
134 {
135   printf("\n 进程 [%s] 已完成.\n",p->name);
136   free(p);
137 }
138
139
140 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*/
141 {
142   int slice,i;
143   slice=1;
144   for(i=1;i<((N+1)-p->prio);i++)
145     slice=slice*2;
146
147   for(i=1;i<=slice;i++)
148   {
149      (p->rtime)++;
150      if (p->rtime==p->ntime)
151        break;
152
153   }
154   if(p->rtime==p->ntime)
155       destroy(); /* 调用destroy函数*/
156   else
157   {
158     if(p->prio>1) (p->prio)--;
159     p->status='r';
160     sort(); /*调用sort函数*/
161   }
162 }
163 void cteatpdisp()
164 /*显示(运行过程中)增加新进程后,所有就绪队列中的进程*/
165 {
166
167   int i;
168
169   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*/
170   for(i=N;i>=1;i--)
171     printbyprio(i);
172 }
173 void creatp()
174 {
175      char temp;
176      printf("\nCreat one  more process?type Y (yes)");
177      scanf("%c",&temp);
178      if (temp=='y'||temp=='Y')
179      {
180         input();
181         cteatpdisp();
182      }
183
184 }
185
186
187 main() /*主函数*/
188 {
189   int len,h=0;
190   char ch;
191   input();
192   len=space();
193   while((len!=0)&&(ready!=NULL))
194   {
195     ch=getchar();
196     /*getchar();*/
197     h++;
198     printf("\n The execute number:%d \n",h);
199     p=ready;
200     ready=p->link;
201     p->link=NULL;
202     p->status='R';
203     check();
204     running();
205     creatp();
206     printf("\n 按任一键继续......");
207     ch=getchar();
208   }
209   printf("\n\n 进程已经完成.\n");
210   ch=getchar();
211   ch=getchar();
212 }