操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-進(jìn)程調(diào)度模擬

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文檔簡(jiǎn)介

1、　　操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)　　——進(jìn)程調(diào)度模擬　　班級(jí)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)三班　　學(xué)號(hào)： 　　實(shí)驗(yàn)要求<

2、;p>　　編寫一個(gè)進(jìn)程調(diào)度程序，允許多個(gè)進(jìn)程共行的進(jìn)程調(diào)度程序。 　　采用最高優(yōu)先級(jí)數(shù)優(yōu)先的調(diào)度算法（即把處理機(jī)分配給優(yōu)先數(shù)最高的進(jìn)程）和先來(lái)先服務(wù)算法。 　　每個(gè)進(jìn)程用一個(gè)進(jìn)程控制塊（ PCB）表示。進(jìn)程控制塊可以包含如下信息：進(jìn)程名、優(yōu)先數(shù)、到達(dá)時(shí)間、需要運(yùn)行時(shí)間、已用CPU時(shí)間、進(jìn)程狀態(tài)等等。 <p&

3、gt;　　進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)及需要的運(yùn)行時(shí)間可以事先人為地指定（也可以由隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生）。進(jìn)程的到達(dá)時(shí)間為輸入進(jìn)程的時(shí)間。 　　進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間以時(shí)間片為單位進(jìn)行計(jì)算。 　　每個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)可以是就緒 W（Wait）、運(yùn)行R（Run）、或完成F（Finish）三種狀態(tài)之一。 　　就緒進(jìn)程獲得 CPU后都只能運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片。用已

4、占用CPU時(shí)間加1來(lái)表示。如果運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片后，進(jìn)程的已占用 CPU時(shí)間已達(dá)到所需要的運(yùn)行時(shí)間，則撤消該進(jìn)程，如果運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片后進(jìn)程的已占用CPU時(shí)間還未達(dá)所需要的運(yùn)行時(shí)間，也就是進(jìn)程還需要繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)將進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)減1（即降低一級(jí)），然后把它插入就緒隊(duì)列等待CPU。 　　每進(jìn)行一次調(diào)度程序都打印一次運(yùn)行進(jìn)程、就緒隊(duì)列、以及各個(gè)進(jìn)程的 PCB，以便進(jìn)行檢查。

5、　　重復(fù)以上過(guò)程，直到所有進(jìn)程都完成為止。　　設(shè)計(jì)思路　　本程序用兩種算法（最高優(yōu)先級(jí)數(shù)優(yōu)先的調(diào)度算法和先來(lái)先服務(wù)算法）對(duì)多個(gè)進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度，每個(gè)進(jìn)程有三個(gè)狀態(tài)，初始狀態(tài)為就緒狀態(tài)。　　最高優(yōu)先級(jí)數(shù)優(yōu)先的調(diào)度算法中，程序的某進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間以時(shí)間片為單位計(jì)算。各

6、進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)或輪轉(zhuǎn)時(shí)間數(shù)以及進(jìn)程需運(yùn)行的時(shí)間片數(shù)的初始值均由用戶給定。在優(yōu)先級(jí)數(shù)優(yōu)先的調(diào)度算法中，優(yōu)先級(jí)數(shù)的值設(shè)計(jì)為100與運(yùn)行時(shí)間的差值，即Pro_time-process->needtime。進(jìn)程每執(zhí)行一次，優(yōu)先數(shù)減3，CPU時(shí)間片數(shù)加1，進(jìn)程還需要的時(shí)間片數(shù)減1。對(duì)于遇到優(yōu)先數(shù)一致的情況，采用先來(lái)先服務(wù)策略解決。　　三、詳細(xì)設(shè)計(jì)

7、;　　設(shè)計(jì)創(chuàng)建進(jìn)程的結(jié)構(gòu)類型定義和結(jié)構(gòu)變量說(shuō)明struct ProcessPcb，定義PCB相關(guān)變量：　　ProcessPcb(){next=NULL;}　　char pro_name[20]; //進(jìn)程的名字　　int time_submit ; //提交時(shí)間,從時(shí)間的1開始

8、計(jì)時(shí)　　int time_exe ; //進(jìn)程所需的運(yùn)行時(shí)間 　　int pro_id ; //進(jìn)程ID(系統(tǒng)生成)　　int pro_priority ; //進(jìn)程優(yōu)先級(jí)　　int time_start ; //開始執(zhí)行的

9、時(shí)間　　int time_end ; //結(jié)束的時(shí)間　　int time_wait ; //等待的時(shí)間　　int pro_state ; //進(jìn)程的狀態(tài) (就緒，執(zhí)行，完成)　　int time_left ; //還需多少

10、時(shí)間單位,初始化為所需的執(zhí)行時(shí)間　　int time_turn ; //周轉(zhuǎn)時(shí)間　　double time_aver ; //帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間　　創(chuàng)建PCB類class CpuModel，定義程序中使用的各函數(shù)：　　CpuModel(){pcbnum=0;}<

11、;/p>　　void cpurun(); //cpu模擬運(yùn)行函數(shù)　　bool GetPcb(); //進(jìn)程輸入函數(shù)　　void ShowPcb(); //將輸入的進(jìn)程展示出來(lái)　　void PriModel(); //可強(qiáng)占的優(yōu)先

12、進(jìn)程調(diào)度模式　　void FcfsModel(); //先到先服務(wù)調(diào)度模式　　ProcessPcb PcbList[100];//按提交時(shí)間排的未就緒進(jìn)程隊(duì)列()　　主函數(shù)調(diào)用已定義的各函數(shù)，完成進(jìn)程模擬。　　結(jié)構(gòu)框圖：&

13、lt;/p>　　優(yōu)先級(jí)數(shù)調(diào)度先來(lái)先服務(wù)　　退出程序　　流程圖：　　1.可強(qiáng)占優(yōu)先調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程流程圖：　　FCFS

14、算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程流程圖：　　測(cè)試結(jié)果及分析　　1.開始運(yùn)行，顯示：　　2.輸入進(jìn)程數(shù)，各進(jìn)程屬性：　　關(guān)于提交時(shí)間執(zhí)行時(shí)間等，將檢測(cè)輸入是否數(shù)字，不是數(shù)字即退出程序。　　3.顯示各進(jìn)程屬性，以及關(guān)

15、于調(diào)度算法的選擇項(xiàng)：　　此處的優(yōu)先級(jí)數(shù)，是用100減去執(zhí)行時(shí)間。對(duì)于優(yōu)先級(jí)數(shù)相同，則默認(rèn)FIFO。　　4.測(cè)試可強(qiáng)占的優(yōu)先進(jìn)程調(diào)度：　　一次調(diào)度完成，將計(jì)算此次運(yùn)行中CPU的利用率。　　可強(qiáng)占的優(yōu)先進(jìn)程調(diào)度算法結(jié)束，回到算法選擇界面：<p&g

16、t;　　先到先服務(wù)調(diào)度算法運(yùn)行情況：　　選擇3，回車，退出程序。　　設(shè)計(jì)心得　　類與結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)創(chuàng)建遇到盲點(diǎn)，一部分知識(shí)很少用到，忘記了，經(jīng)過(guò)查閱，復(fù)習(xí)了遺忘的知識(shí)點(diǎn)。　　循環(huán)的嵌套，通過(guò)查閱，編程，重新熟悉溫習(xí)了關(guān)于各種循環(huán)的嵌套實(shí)

17、現(xiàn)。能較好的運(yùn)用嵌套。　　通過(guò)使用幾種算法模擬進(jìn)程的調(diào)度，更好理解了計(jì)算機(jī)中各進(jìn)程間的協(xié)調(diào)正常運(yùn)行，也一定程度上鞏固了操作系統(tǒng)知識(shí)，融匯了一些以前不甚理解的操作系統(tǒng)知識(shí)。　　附錄：程序源代碼以及注釋　　//進(jìn)程PCB類

18、和模擬cpu的進(jìn)程類的聲明　　#include <iostream.h>　　#include <queue>　　#include <string>　　#include <windows.h> <

19、p>　　#include <malloc.h>　　using namespace std ;　　//進(jìn)程的狀態(tài)　　#define UNREADY 0 //未就緒　　#define READY 1

20、 //就緒　　#define EXECUTE 2 //執(zhí)行　　#define END 3 //完成　　//進(jìn)程的PCB結(jié)構(gòu)類型定義和結(jié)構(gòu)變量說(shuō)明　　struct ProcessPcb&

21、lt;b>　　{　　ProcessPcb(){next=NULL;}　　char pro_name[20]; //進(jìn)程的名字　　int time_submit ; //提交時(shí)間,從時(shí)間的1開始計(jì)時(shí)　　int time_exe ;

22、 //進(jìn)程所需的運(yùn)行時(shí)間 　　int pro_id ; //進(jìn)程ID(系統(tǒng)生成)　　int pro_priority ; //進(jìn)程優(yōu)先級(jí)　　int time_start ; //開始執(zhí)行的時(shí)間　　int time_end ;

23、 //結(jié)束的時(shí)間　　int time_wait ; //等待的時(shí)間　　int pro_state ; //進(jìn)程的狀態(tài) (就緒，執(zhí)行，完成)　　int time_left ; //還需多少時(shí)間單位,初始化為所需的執(zhí)行時(shí)間　　in

24、t time_turn ; //周轉(zhuǎn)時(shí)間　　double time_aver ; //帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間　　ProcessPcb *next;　　};　　//封裝CPU調(diào)度與分配程序模塊。進(jìn)程類<p

25、>　　class CpuModel　　{　　public:　　CpuModel(){pcbnum=0;}　　void cpurun(); //cpu模擬運(yùn)行函數(shù)</p&

26、gt;　　bool GetPcb(); //進(jìn)程輸入函數(shù)　　void ShowPcb(); //將輸入的進(jìn)程展示出來(lái)　　void PriModel(); //可強(qiáng)占的優(yōu)先進(jìn)程調(diào)度模式　　void FcfsModel(); //先到先服務(wù)調(diào)度

27、模式　　private:　　ProcessPcb PcbList[100]; //按提交時(shí)間排的未就緒進(jìn)程隊(duì)列　　int pcbnum ; //進(jìn)程數(shù)量　　int freetime ;

28、 //cpu空閑時(shí)間　　int allturn ; //總周轉(zhuǎn)時(shí)間　　float allaver ; //總帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間　　};　　#include<algor

29、ithm>　　//cpu模擬運(yùn)行函數(shù)　　void CpuModel::cpurun()　　{　　if(!GetPcb()) //進(jìn)程輸入函數(shù)

30、return ;　　ShowPcb(); //展示所需執(zhí)行進(jìn)程信息　　int choose = 0 ;　　while(1)　　{

31、;　　cout<<"***請(qǐng)選擇需要模擬的CPU調(diào)度算法!***"<<endl ;　　cout<<"*** 1: 可強(qiáng)占的優(yōu)先進(jìn)程調(diào)度 ***"<<endl ;　　cout<<"*** 2: 先到先調(diào)度

32、 ***"<<endl;　　cout<<"*** 3: 退出系統(tǒng) ***"<<endl ;　　cout<<"\n*** 請(qǐng)選擇 : " ;　　cin>>cho

33、ose ;　　cout<<endl ;　　switch(choose)　　{　　case 1: 　　PriModel(); //可強(qiáng)占的優(yōu)先進(jìn)程方式

34、　　break; 　　case 2:　　FcfsModel(); //先到先服務(wù)調(diào)度方式　　break;　　default:ret

35、urn; //結(jié)束程序　　}　　cout<<endl;　　}　　}　　//按進(jìn)程提交時(shí)

36、間排序的比較函數(shù)　　bool cmp(ProcessPcb a,ProcessPcb b)　　{　　if(a.time_submit<b.time_submit)　　return true;<p&g

37、t;　　return false;　　}　　//判斷是否數(shù)字　　int isnumber(char a[])　　{

38、　int len=strlen(a);　　int i,num=0;　　if(a[0]>'0'&&a[0]<='9')　　num=a[0]-'0';　　else return -1;</p&g

39、t;　　for(i=1;i<len;i++)　　{　　if(a[i]>='0'&&a[i]<='9')　　num=num*10+a[i]-'0';&

40、lt;p>　　else return -1;　　}　　return num;　　}　　//進(jìn)程輸入函數(shù)　　bo

41、ol CpuModel::GetPcb()　　{　　char num[10];　　cout<<" *** 進(jìn)程調(diào)度模擬程序 ***\n";　　cout<<"

42、; *** 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)三班 ***\n";　　cout<<" *** 孫清茂 ***\n";　　cout<<"\n***請(qǐng)輸入你想建立的進(jìn)程個(gè)數(shù): ";　　cin>

43、>num; //輸入進(jìn)程個(gè)數(shù)　　pcbnum=isnumber(num);　　if(pcbnum<=0) {cout<<"***輸入有錯(cuò)***\n";return 0;} 　　int i;&l

44、t;p>　　for(i=0;i<pcbnum;i++)//輸入進(jìn)程信息　　{　　cout<<"***請(qǐng)依次輸入第"<<i+1<<"個(gè)進(jìn)程的信息***"<<endl ;　　cou

45、t<<"*******名字：" ;　　cin>>PcbList[i].pro_name ;　　cout<<"***提交時(shí)間：";　　cin>>num;<p&

46、gt;　　PcbList[i].time_submit=isnumber(num);　　if(PcbList[i].time_submit<=0){cout<<"***輸入有錯(cuò)***\n"; return 0;}　　cout<<"***執(zhí)行時(shí)間：";<p&

47、gt;　　cin>>num;　　PcbList[i].time_exe=isnumber(num);　　if(PcbList[i].time_exe<=0) {cout<<"***輸入有錯(cuò)***\n"; return 0;}

48、;　　PcbList[i].time_left=PcbList[i].time_exe; //設(shè)置剩余執(zhí)行時(shí)間　　PcbList[i].pro_state=UNREADY; //設(shè)置狀態(tài)為未就緒　　PcbList[i].pro_priority=100-PcbList[i].time_exe; //設(shè)置優(yōu)先級(jí)，&

49、lt;/p>　　優(yōu)先級(jí)=100-執(zhí)行時(shí)間　　cout<<endl ;　　}　　sort(PcbList,PcbList+pcbnum,cmp); //按提交時(shí)間排序　　for(i=

50、0;i<pcbnum;i++)　　PcbList[i].pro_id=i+1; //設(shè)置Id,根據(jù)提交時(shí)間　　return 1;　　}　　//展示所需執(zhí)行進(jìn)程信息

51、　　void CpuModel::ShowPcb()　　{　　int i;　　cout<<"\n***所需執(zhí)行的進(jìn)程信息如下***\n";&

52、lt;p>　　for(i=0;i<pcbnum;i++)　　cout<<" 進(jìn)程編號(hào): "<<PcbList[i].pro_id<<" 進(jìn)程名字: "　　<<PcbList[i].pro_name<<" 提交時(shí)間: "

53、;<<PcbList[i].time_submit　　<<" 執(zhí)行時(shí)間: "<<PcbList[i].time_exe<<" 優(yōu)先級(jí)數(shù)："　　<<PcbList[i].pro_priority<<endl ;<

54、;p>　　cout<<endl;　　}　　//可強(qiáng)占的優(yōu)先進(jìn)程調(diào)度模式　　void CpuModel::PriModel()　　{　　c

55、out<<"********可強(qiáng)占的優(yōu)先進(jìn)程調(diào)度過(guò)程如下********\n";　　freetime=0; //初始化系統(tǒng)空閑時(shí)間為0　　int time=0; //時(shí)間　　int nextid=0;&l

56、t;p>　　int pnum=0; //已就緒進(jìn)程數(shù)目　　ProcessPcb *head; //就緒隊(duì)列　　ProcessPcb *pcb,*pcb1,*pcb2;　　head=(ProcessPcb*)malloc(sizeof(ProcessPcb));&l

57、t;/p>　　head->next=NULL; //head 指針不用，head->next開始為就緒隊(duì)列　　//模擬cpu開始工作　　while(head->next!=NULL||pnum<pcbnum)　　{</b

58、>　　Sleep(1000);　　time++; //時(shí)間片為1　　cout<<"*Time: 第"<<time<<"秒"<<endl; //打印

59、　　// 進(jìn)程就緒（查看未就緒的進(jìn)程中在該時(shí)間片是否可以進(jìn)入就緒隊(duì)列）　　while(pnum<pcbnum && PcbList[pnum].time_submit<=time) 　　{　　pcb=(P

60、rocessPcb*)malloc(sizeof(ProcessPcb));　　*pcb=PcbList[pnum++];　　//進(jìn)入就緒隊(duì)列　　pcb->next=head->next; //插在head之后<p

61、>　　head->next=pcb;　　} 　　//查找在time時(shí)間片應(yīng)該運(yùn)行的進(jìn)程　　if(head->next==NULL)　　{

62、　　cout<<" 沒有可運(yùn)行的進(jìn)程"<<endl;　　freetime++;　　}　　else　　{

63、;　　pcb2=head;　　pcb=head->next;　　pcb1=head->next;　　//查找當(dāng)前優(yōu)先級(jí)最高的就緒進(jìn)程　　while(pcb1->next!=NULL)<

64、;p>　　{　　if(pcb->pro_priority<=pcb1->next->pro_priority)　　{　　pcb2=pcb1;　　pcb=pcb1-&g

65、t;next;　　}　　pcb1=pcb1->next;　　}　　//運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的進(jìn)程　　if(pcb->time_left==pcb-&

66、gt;time_exe) //該進(jìn)程是否已開始　　{　　pcb->time_start=time; //設(shè)置開始時(shí)間　　pcb->pro_state=EXECUTE; //設(shè)置狀態(tài)為執(zhí)行<p&

67、gt;　　}　　pcb->pro_priority=pcb->pro_priority-3; //優(yōu)先級(jí)數(shù)減3　　pcb->time_left--; //剩余執(zhí)行時(shí)間減去時(shí)間片1　　//打印該進(jìn)程信息

68、;　　cout<<" 進(jìn)程編號(hào): "<<pcb->pro_id<<" 進(jìn)程名字:"　　<<pcb->pro_name<<" 提交時(shí)間: "　　<<p

69、cb->time_submit<<" 執(zhí)行時(shí)間: "<<pcb->time_exe　　<<"\n開始時(shí)間: "<<pcb->time_start　　<<" 還剩時(shí)間: "<<pcb->ti

70、me_left<<" 優(yōu)先級(jí)數(shù)："　　<<pcb->pro_priority<<endl ;　　//該進(jìn)程是否執(zhí)行結(jié)束 　　if(pcb->time_left==0) <b&

71、gt;　　{　　pcb2->next=pcb2->next->next;//將其在就緒隊(duì)列中出列　　pcb->time_end=time; //設(shè)置結(jié)束時(shí)間　　pcb->time_turn=pcb->time_end-pcb-&

72、gt;time_submit+1; 　　//計(jì)算周轉(zhuǎn)時(shí)間　　pcb->time_aver=pcb->time_turn/(double)pcb->　　time_exe; //計(jì)算帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間　　pcb->pr

73、o_state=END;　　cout<<"\n進(jìn)程"<<pcb->pro_id<<"運(yùn)行結(jié)束："<<"\n進(jìn)程名字: "　　<<pcb->pro_name<<" 提交時(shí)間: "</p

74、>　　<<pcb->time_submit<<" 執(zhí)行時(shí)間: "　　<<pcb->time_exe<<" 開始時(shí)間: "　　<<pcb->time_start

75、<<" 結(jié)束時(shí)間: "<<pcb->time_end<<"\n周轉(zhuǎn)時(shí)間: "　　<<pcb->time_turn<<" 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間:　　<<pcb->time_aver<<endl ; &

76、lt;/p>　　}　　} 　　} //模擬CPU工作結(jié)束　　cout<<"\n 所有進(jìn)程運(yùn)行完畢！"<&l

77、t;endl;　　double c=(time-freetime)/(double)time*100;　　cout<<"\n cpu利用率："<<c<<"%"<<endl;　　}

78、 //可強(qiáng)占的優(yōu)先進(jìn)程調(diào)度模式結(jié)束　　//先到先服務(wù)調(diào)度模式　　void CpuModel::FcfsModel()　　{　　cout<<"********先到先服務(wù)進(jìn)程調(diào)度過(guò)程如下********\

79、n";　　freetime=0; //初始化系統(tǒng)空閑時(shí)間為0　　int time=0; //時(shí)間　　int pnum=0; //已就緒進(jìn)程數(shù)目　　ProcessPcb que[100];

80、 //就緒隊(duì)列　　int quef=0,quee=0; //就緒隊(duì)列的頭指針和尾指針　　//模擬cpu開始工作　　while(quef<quee||pnum<pcbnum)　　{</p&g

81、t;　　Sleep(1000);　　time++; //時(shí)間片為1　　cout<<"*Time: 第"<<time<<"秒"<<endl; //打印　　//進(jìn)程就緒（查看未

82、就緒的進(jìn)程中在該時(shí)間片是否可以進(jìn)入就緒隊(duì)列）　　while(pnum<pcbnum && PcbList[pnum].time_submit<=time) 　　que[quee++]=PcbList[pnum++];　　//查找time時(shí)間片的運(yùn)行進(jìn)程<p

83、>　　if(quef==quee)　　{　　cout<<" 沒有可運(yùn)行的進(jìn)程"<<endl;　　freetime++;　　}<

84、/p>　　else　　{ //運(yùn)行進(jìn)程　　if(que[quef].time_left==que[quef].time_exe) //該進(jìn)程是否已開始　　{

85、　　que[quef].time_start=time; //設(shè)置開始時(shí)間　　que[quef].pro_state=EXECUTE; //設(shè)置狀態(tài)為執(zhí)行　　}　　que[quef].time_lef

86、t--; //剩余執(zhí)行時(shí)間減去時(shí)間片1　　//打印進(jìn)程信息　　cout<<"進(jìn)程編號(hào): "<<que[quef].pro_id<<" 進(jìn)程名字: "　　<<

87、que[quef].pro_name<<" 提交時(shí)間: "　　<<que[quef].time_submit<<" 執(zhí)行時(shí)間: "<<que[quef].time_exe　　<<"\n開始時(shí)間: "<<que[quef

88、].time_start<<" 還剩時(shí)間: "　　<<que[quef].time_left<<endl ;　　//該進(jìn)程是否執(zhí)行結(jié)束　　if(que[quef].time_left==0) <p&

89、gt;　　{　　que[quef].time_end=time;　　que[quef].time_turn=　　que[quef].time_end-que[quef].time_submit+1;　　que[quef].time_a

90、ver=　　que[quef].time_turn/(double)que[quef].time_exe;　　que[quef].pro_state=END;　　cout<<"\n進(jìn)程"<<que[quef].pro_id<<"運(yùn)行結(jié)束:"

91、;<<"\n進(jìn)程名字: "　　<<que[quef].pro_name<<" 提交時(shí)間: "　　<<que[quef].time_submit<<" 執(zhí)行時(shí)間: "　　<<qu

92、e[quef].time_exe<<" 開始時(shí)間: "　　<<que[quef].time_start<<" 結(jié)束時(shí)間: "　　<<que[quef].time_end<<"\n周轉(zhuǎn)時(shí)間: "<<que[quef]

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