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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）：

//优先级调度算法
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type))
#define NULL 0
struct pcb
{
/* 定义进程控制块PCB */
char name[10];
char state;
int super;
int ntime;
int rtime;
struct pcb* link;
}*ready=NULL,*p;
typedef struct pcb PCB;

int num=0;

void sort() /* 建立对进程进行优先级排列函数*/
{
PCB *first, *second;
int insert=0;
if((ready==NULL)||((p->super)>(ready->super))) /*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->super)>(second->super)) /*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;
}
}

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

void disp(PCB * pr) /*建立进程显示函数,用于显示当前进程*/
{
printf("\n\t进程名\t状态\t优先数\t需要运行时间\t已经运行时间\n");
printf("\t%s",pr->name);
printf("\t%c",pr->state);
printf("\t%d",pr->super);
printf("\t%d",pr->ntime);
printf("\t\t%d",pr->rtime);
printf("\n");
}

void check() /* 建立进程查看函数 */
{
PCB* pr;
printf("\n\t**** 当前正在运行的进程是:\n"); /*显示当前运行进程*/
disp(p);
pr=ready;
printf("\n\t**** 当前就绪队列状态为:\n"); /*显示就绪队列状态*/
while(pr!=NULL)
{
disp(pr);
pr=pr->link;
}
}

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

void running() /* 建立进程就绪函数(进程运行时间到,置就绪状态*/
{
(p->rtime)++;
if(p->rtime==p->ntime)
destroy(); /* 调用destroy函数*/
else
{
if(p->super>0)
(p->super)--;
p->state='W';
sort(); /*调用sort函数*/
}
}

//手动输入模拟函数
void manuallyEnter(){

int i;
system("cls"); /*清屏*/
printf("\n\t请输入进程数: ");
scanf("%d",&num);
printf("\n");
for(i=1;i<=num;i++)
{
printf("\t第%d个进程：\n",i);
p=getpch(PCB);
printf("\t输入进程名：");
scanf("%s",p->name);
printf("\t输入进程优先数：");
scanf("%d",&p->super);
printf("\t输入进程运行时间：");
scanf("%d",&p->ntime);
printf("\n");
p->rtime=0;
p->state='W';
p->link=NULL;
sort(); /* 调用sort函数*/
}

}

//读取文件
void readFile()
{
//读取文件
FILE *fp = fopen("pcb.txt","r");
if(fp == NULL)
{
printf("File open error!\n");
exit(0);
}
while(!feof(fp)&&fgetc(fp)!=EOF)
{
fseek(fp,-1L,SEEK_CUR);
fscanf(fp,"%s%d%d",&p->name,&p->super,&p->ntime);
num++;
}
fclose(fp);

}

//选择数据的获取方式
void dataAccess()
{
int k;
printf("\n\n\t**************************************\n");
printf("\t\t1.调用文本写入数据\n");
printf("\t\t2.调用手动输入模拟数据\n");
printf("\t**************************************\n\n\n");
printf("\t请选择菜单项： ");
scanf("%d",&k);
switch(k){
case 1:
readFile();
break;
case 2:
manuallyEnter();
break;
default:
printf("\n\n\t**请输出1或者2进行选择");
dataAccess();
break;
}
}

void output()
{
int len,h=0;
char ch;
len=space();
while((len!=0)&&(ready!=NULL))
{
ch=getchar();
h++;
printf("\t-----------------------------------------------------\n");
printf("\t现在是第%d次运行：\n",h);
p=ready;
ready=p->link;
p->link=NULL;
p->state='R';
check();
running();
printf("\n\t按任意键继续......\n");
}
}

int main() /*主函数*/
{
dataAccess();
output();
printf("\n\n\t进程已经完成.\n");
}