操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法java實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目：處理機(jī)管理模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) </p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p>　　學(xué) 院：信息工程學(xué)院</p><p>　　系 別：軟件工程系 </p><p

2、>　　專 業(yè)：軟件工程 </p><p><b>　　班 級(jí)： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：副教授</b></p><p><b>　　講師</b></p><p><b>　　2013年1月8日</b></p>

3、;<p>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（四）</p><p>　　學(xué)院（系）：信息學(xué)院軟件工程系 課程名稱：操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師（簽名）： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： </p><p><b>　　摘要<

4、;/b></p><p>　　操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)管理與配置內(nèi)存、決定系統(tǒng)資源供需的優(yōu)先次序、控制輸入與輸出設(shè)備、操作網(wǎng)絡(luò)與管理文件系統(tǒng)等基本任務(wù)。對(duì)于不同的系統(tǒng)和系統(tǒng)目標(biāo)，通常采用不同的調(diào)度算法，如在批處理系統(tǒng)中，為照顧為數(shù)眾多的短作業(yè)，采用短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法；在分時(shí)系統(tǒng)中，為保證系統(tǒng)具有合理的響應(yīng)時(shí)間，采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法進(jìn)行調(diào)度。采用算法時(shí)，則要考慮多方面因素，以便達(dá)到最佳效果。本次課

5、程設(shè)計(jì)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法來實(shí)現(xiàn)模擬進(jìn)程調(diào)度任務(wù)的執(zhí)行過程。</p><p>　　用Java模擬進(jìn)程調(diào)度過程，可以方便地將運(yùn)行結(jié)果直觀地表示出來。Java語言獨(dú)有的多線程操作，可以實(shí)現(xiàn)許多其他語言不能實(shí)現(xiàn)的功能，極大地方便了程序開發(fā)人員對(duì)程序的開發(fā)。此外，利用JavaGUI編程，可以使系統(tǒng)提供的界面更加友好。實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用文件I/O操作、線程、AWT、Swing、內(nèi)部類、接口、異常處理等技術(shù)，開發(fā)此系統(tǒng)。<

6、/p><p>　　關(guān)鍵字：時(shí)間片輪轉(zhuǎn)； Java編程； GUI圖形用戶界面； 文件操作；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The operating system is a key component of the computer system, responsible for the managemen

7、t and configuration memory, decided to system resources supply and demand priority, control input and output equipment, operation and management of network file system, and other basic tasks.For different systems and sys

8、tem target, computers usually use different scheduling algorithm, such as in a Batch Processing System, in order to take care of a lot of short operation, using Short Job First algorithm;</p><p>　　With Java

9、simulation process scheduling process, which can be conveniently will run results intuitively said out.In addition, the use of JavaGUI programming, can make the system to provide the interface more friendly.Experiments,

10、application file I/O operation, threads, AWT, Swing, internal class, interface, abnormal processing technology, the development of this system.</p><p>　　Keywords: time slice Round Robin; Java Programming; Gr

11、aphical User Interface; </p><p>　　File Operation;</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 問題分析1</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)目的1</b></p><p><b>

12、　　1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)1</b></p><p>　　1.2.1問題描述1</p><p>　　1.2.2基本要求1</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)思想和運(yùn)行環(huán)境1</p><p>　　第二章 概要設(shè)計(jì)3</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3</b></p>

13、<p>　　2.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖3</p><p>　　2.1.2系統(tǒng)功能說明3</p><p><b>　　2.2算法描述4</b></p><p>　　第三章 詳細(xì)設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1系統(tǒng)程序流程圖5</p><p>　　3.2內(nèi)部接口設(shè)計(jì)7<

14、/p><p>　　3.2.1系統(tǒng)框架接口run（）7</p><p>　　3.2.3創(chuàng)建進(jìn)程接口createFrame()8</p><p>　　3.2.4運(yùn)行程序接口runFrame()8</p><p>　　3.2.5顯示結(jié)果接口resultFrame()9</p><p><b>　　3.3用戶接口

15、9</b></p><p>　　第四章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)11</p><p>　　4.1編碼實(shí)現(xiàn)11</p><p>　　4.2單元測(cè)試11</p><p>　　4.2.1創(chuàng)建進(jìn)程模塊11</p><p>　　4.2.2運(yùn)行程序模塊13</p><p>　　4.2.3結(jié)果顯示模塊

16、14</p><p>　　4.3遇到的問題15</p><p>　　第五章 自我評(píng)價(jià)與總結(jié)16</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　問題分析</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)目的</b>&l

17、t;/p><p>　　在多道程序或多任務(wù)系統(tǒng)中，系統(tǒng)同時(shí)處于就緒態(tài)的進(jìn)程有若干個(gè)。也就是說能運(yùn)行的進(jìn)程數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于處理機(jī)個(gè)數(shù)。為了使系統(tǒng)中的各進(jìn)程能有條不紊地運(yùn)行，必須選擇某種調(diào)度策略，以選擇一進(jìn)程占有處理機(jī)。要求設(shè)計(jì)一個(gè)模擬單處理機(jī)調(diào)度的算法，以鞏固和加深處理機(jī)調(diào)度的概念。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)</b></p><p><

18、;b>　　1.2.1問題描述</b></p><p>　　處理機(jī)管理是操作系統(tǒng)中非常重要的部分。為深入理解處理機(jī)調(diào)度部分的功能，設(shè)計(jì)一個(gè)按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度CPU的算法，模擬實(shí)現(xiàn)處理機(jī)的調(diào)度。</p><p><b>　　1.2.2基本要求</b></p><p>　　時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度CPU的算法是分時(shí)系統(tǒng)采用的典型算法，把CPU的

19、執(zhí)行時(shí)間分成若干個(gè)一定大小的時(shí)間片輪流的分配給就緒隊(duì)列的各個(gè)進(jìn)程，讓各就緒進(jìn)程按指定的順序分別占用CPU的一個(gè)時(shí)間片輪流執(zhí)行下去，直至完成。要求定義進(jìn)程控制塊PCB的結(jié)構(gòu)，并為每個(gè)進(jìn)程任意確定一個(gè)要求運(yùn)行時(shí)間和到達(dá)時(shí)間，按照進(jìn)程到達(dá)的先后順序排成一個(gè)循環(huán)隊(duì)列。設(shè)計(jì)按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的進(jìn)程調(diào)度算法。</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)思想和運(yùn)行環(huán)境</p><p><b>　　設(shè)計(jì)思想<

20、;/b></p><p>　　(1) 假設(shè)系統(tǒng)有5個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程用一個(gè)進(jìn)程控制塊Process來代表。Process的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。對(duì)PCB控制塊進(jìn)行包裝，形成循環(huán)鏈表結(jié)點(diǎn)ProcessNode，鏈表結(jié)點(diǎn)ProcessNode如圖1-2所示。</p><p>　　(2) 為每個(gè)進(jìn)程從模擬的系統(tǒng)中指定一個(gè)要求運(yùn)行時(shí)間和到達(dá)時(shí)間。</p><p>　　(3

21、) 按照進(jìn)程到達(dá)的先后順序排成一個(gè)循環(huán)隊(duì)列，再設(shè)一個(gè)隊(duì)首指針head指向第一個(gè)到達(dá)進(jìn)程的首址。</p><p>　　(4) 執(zhí)行處理機(jī)調(diào)度時(shí)，從隊(duì)列的第一個(gè)進(jìn)程開始，用pntmp指針順序選擇可執(zhí)行的進(jìn)程執(zhí)行。</p><p>　　(5) 由于本實(shí)踐是模擬算法，所以對(duì)被選中進(jìn)程并不實(shí)際啟動(dòng)運(yùn)行，而只是執(zhí)行：運(yùn)行時(shí)間加100和輸出當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的相關(guān)信息。用這兩個(gè)操作來模擬進(jìn)程的一次運(yùn)行。<

22、;/p><p><b>　　運(yùn)行環(huán)境</b></p><p>　　編程語言：Java語言</p><p>　　工具：JDK1.6.0_26、Windows 7系統(tǒng)以及MyEclipse6.0.1等</p><p><b>　　概要設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　

23、　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　2.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖</p><p>　　2.1.2系統(tǒng)功能說明</p><p><b>　　創(chuàng)建進(jìn)程模塊：</b></p><p>　　創(chuàng)建進(jìn)程模塊在輸入進(jìn)程頁面輸入要?jiǎng)?chuàng)建的進(jìn)程數(shù)，輸入后逐個(gè)將進(jìn)程信息錄入插入到就緒隊(duì)列中，完成進(jìn)程的創(chuàng)建過程。</p&

24、gt;<p><b>　　運(yùn)行程序模塊：</b></p><p>　　此模塊實(shí)現(xiàn)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，從就緒隊(duì)列中取出進(jìn)程結(jié)點(diǎn)，并模擬運(yùn)行該進(jìn)程，反復(fù)循環(huán)，直至進(jìn)程全部運(yùn)行結(jié)束。每次運(yùn)行進(jìn)程后，將運(yùn)行信息存入到文件中，實(shí)現(xiàn)信息的持久化。方便信息的記錄，系統(tǒng)功能的分析和出錯(cuò)時(shí)便于檢查錯(cuò)誤。</p><p><b>　　顯示結(jié)果模塊：</b&g

25、t;</p><p>　　從文件中讀入進(jìn)程運(yùn)行的結(jié)果，在圖形界面下操作，提供友好的用戶操作方式，方便直觀的了解模擬進(jìn)程的調(diào)度過程，便于數(shù)據(jù)分析和研究。</p><p><b>　　2.2算法描述</b></p><p>　　在創(chuàng)建進(jìn)程界面將進(jìn)程信息錄入，將進(jìn)程控制塊進(jìn)行包裝，插入到循環(huán)隊(duì)列中；</p><p>　　當(dāng)運(yùn)行

26、程序時(shí)，每次從就緒隊(duì)列隊(duì)首取出一個(gè)進(jìn)程pntmp，判斷是pntmp進(jìn)程否到達(dá)。到達(dá)則運(yùn)行該進(jìn)程；</p><p>　　若pntmp進(jìn)程為首次運(yùn)行，則記錄進(jìn)程開始運(yùn)行時(shí)間startTime；</p><p>　　運(yùn)行完pntmp進(jìn)程后，輸出進(jìn)程運(yùn)行信息，并將此結(jié)點(diǎn)移至隊(duì)尾；</p><p>　　若循環(huán)隊(duì)列長(zhǎng)度size>0,則返回執(zhí)行b；否則結(jié)束程序；</p

27、><p><b>　　詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)程序流程圖</p><p><b>　　3.2內(nèi)部接口設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1系統(tǒng)框架接口run（）</p><p>　　public void run(){//創(chuàng)建系統(tǒng)主頁的框架<

28、;/p><p>　　//1.創(chuàng)建框架frame</p><p>　　//2.設(shè)置相關(guān)屬性</p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.2.2增加面板組件接口addComponentsTpPane()</p><p>　　public static void addComponent

29、sTpPane(Container pane){</p><p>　　//1.設(shè)置布局方式</p><p>　　//2.創(chuàng)建系統(tǒng)功能按鈕</p><p><b>　　//3.注冊(cè)按鈕</b></p><p>　　//4.監(jiān)聽按鈕動(dòng)作，并產(chǎn)生相應(yīng)操作，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的功能</p><p><b>

30、;　　}</b></p><p>　　3.2.3創(chuàng)建進(jìn)程接口createFrame()</p><p>　　public static void createFrame(){</p><p>　　class createInputFrame extends Frame implements ActionListener{//局部?jī)?nèi)部類實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建進(jìn)程的

31、界面</p><p>　　//窗體按鈕等屬性的定義</p><p>　　public createInputFrame(String str){//創(chuàng)建進(jìn)程輸入窗口</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void panelCreateProIndex(){//進(jìn)程輸入首頁面</p&

32、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　　void panelCreateProInput(){//進(jìn)程信息輸入頁面</p><p><b>　　}</b></p><p>　　public void actionPerformed(ActionEvent e) {//監(jiān)聽器 <

33、/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　createInputFrame cf=new createInputFrame("進(jìn)程創(chuàng)建");//實(shí)例化</p><p><b>　　}</b><

34、/p><p>　　3.2.4運(yùn)行程序接口runFrame()</p><p>　　public static void runFrame(){//1.創(chuàng)建運(yùn)行窗口界面</p><p>　　int currenttime=0;//記錄系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間</p><p>　　while(size!=0){</p><p>　　/

35、/2.運(yùn)行時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，并記錄信息</p><p><b>　　}</b></p><p>　　try {//3將運(yùn)行信息存入文件</p><p>　　String file="D:\\Java\\Processor\\myfile.txt";</p><p>　　} catch

36、 (IOException e1) {</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.2.5顯示結(jié)果接口resultFrame()</p><p>　　public static void resultFrame(){</p>

37、<p>　　//1.創(chuàng)建顯示結(jié)果窗體</p><p>　　JFrame jf=new JFrame("顯示運(yùn)行結(jié)果");</p><p><b>　　//2.打開文件</b></p><p>　　final JTextArea jta=new JTextArea(16,50);</p><p

38、>　　openbutton.addActionListener(new ActionListener(){</p><p>　　public void actionPerformed(ActionEvent e) {</p><p>　　//3.將文件內(nèi)容讀到文本框中</p><p><b>　　}</b></p><

39、p><b>　　});</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　3.3用戶接口</b></p><p>　　用戶啟動(dòng)此處理機(jī)管理模擬系統(tǒng)后，即可方便的進(jìn)行操作。以下為用戶使用此軟件時(shí)的圖形接口：</p><p>　　系統(tǒng)主界面(圖3-2

40、)：</p><p>　　進(jìn)程創(chuàng)建頁面（圖3-3）：</p><p><b>　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　4.1編碼實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　系統(tǒng)采用高級(jí)語言Java設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，程序容易閱讀，易于測(cè)試，容易調(diào)試，方便維護(hù)。并且Java為當(dāng)今最流行的編程語言，有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)

41、；程序代碼符合基本編程規(guī)范，方法，屬性命名能體現(xiàn)程序的功能。</p><p><b>　　4.2單元測(cè)試</b></p><p>　　4.2.1創(chuàng)建進(jìn)程模塊</p><p><b>　　測(cè)試數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　進(jìn)程數(shù)num: 2</b></p>

42、<p>　　進(jìn)程名 進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間進(jìn)程到達(dá)時(shí)間</p><p>　　神舟1號(hào)8000</p><p>　　神舟2號(hào)300100</p><p><b>　　預(yù)期輸出</b></p><p>　　無輸出結(jié)果，但創(chuàng)建進(jìn)程模塊將輸入數(shù)據(jù)存入內(nèi)存，并結(jié)束輸入返回主界面。

43、</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果</b></p><p>　　進(jìn)程數(shù)輸入界面（圖4-1）：</p><p>　　進(jìn)程信息輸入界面（圖4-2）：</p><p>　　4.2.2運(yùn)行程序模塊</p><p><b>　　測(cè)試數(shù)據(jù)</b></p><p&g

44、t;<b>　　進(jìn)程數(shù)num:2</b></p><p>　　進(jìn)程名 進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間進(jìn)程到達(dá)時(shí)間</p><p>　　神舟1號(hào)8000</p><p>　　神舟2號(hào)300100</p><p><b>　　預(yù)期輸出</b></p><

45、p>　　系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)程名剩余時(shí)間已運(yùn)行次數(shù)進(jìn)程狀態(tài)周轉(zhuǎn)時(shí)間</p><p>　　0神舟1號(hào)7001true</p><p><b>　　100</b></p><p>　　200神舟1號(hào)6002true</p><p>　　300神州2號(hào)2001t

46、rue</p><p>　　400神舟1號(hào)5003true</p><p>　　500神州2號(hào)1002true</p><p>　　600神舟1號(hào)4004true</p><p>　　700神州2號(hào)1003false700</p><p>　　800

47、神舟1號(hào)3005true</p><p>　　900神舟1號(hào)2006true</p><p>　　1000神舟1號(hào)1007true</p><p>　　1100神舟1號(hào)1008false1200 </p><p>　　運(yùn)行結(jié)果（圖4-3）</p><p>

48、　　4.2.3結(jié)果顯示模塊</p><p><b>　　測(cè)試數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　無需測(cè)試數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　預(yù)期輸出</b></p><p>　　文件正常打開，在終端顯示相關(guān)控制信息及內(nèi)容；在用戶界面顯示文件內(nèi)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)的信息內(nèi)容及

49、運(yùn)行的結(jié)果；合法的輸出；</p><p>　　運(yùn)行結(jié)果（圖4-4）</p><p><b>　　4.3遇到的問題</b></p><p>　　布局管理器實(shí)現(xiàn)頁面布局時(shí)，不能很好的顯示在桌面上。對(duì)GridLayout，F(xiàn)lowLayout，BorderLayout,CradLyaout等布局管理器還不是很熟悉。</p><p&

50、gt;　　對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的劃分不當(dāng)，沒有實(shí)現(xiàn)界面和數(shù)據(jù)處理的分離；</p><p>　　對(duì)用戶的非法操作做了處理，但并沒有完全找出處理錯(cuò)誤操作的方法；</p><p>　　沒有充分理解將要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)不夠清晰；</p><p><b>　　自我評(píng)價(jià)與總結(jié)</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)操作

51、系統(tǒng)中的處理機(jī)的調(diào)度算法有了進(jìn)一步的理解。在對(duì)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過程中，自己同時(shí)也自學(xué)了JavaGUI編程，對(duì)圖形用戶界面編程從理論上的認(rèn)識(shí)走向了親身實(shí)踐。只有親自動(dòng)手編程才能對(duì)所學(xué)到的內(nèi)容有深刻的理解，所謂“實(shí)踐出真知”。此處理機(jī)管理模擬系統(tǒng)能夠方便直觀地顯示出基于時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的模擬調(diào)度過程，方便了該系統(tǒng)用戶的處理機(jī)調(diào)度算法的學(xué)習(xí)和研究</p><p>　　實(shí)驗(yàn)過程中，查閱了大量的JavaAPI

52、相關(guān)文檔和處理機(jī)調(diào)度模擬算法，最終形成自己的思路，完成了系統(tǒng)的功能定義和編碼測(cè)試。尤其是在編碼測(cè)試環(huán)節(jié)，配合控制臺(tái)的顯示功能，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤，處理異常和程序的邏輯錯(cuò)誤。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，先后學(xué)習(xí)新的知識(shí)并鞏固了已學(xué)到的進(jìn)程調(diào)度，文件操作，異常處理機(jī)制，Java的高級(jí)類特性，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，線程操作的相關(guān)技術(shù)和知識(shí)。此外，編寫處理機(jī)管理模擬系統(tǒng)相關(guān)文檔也使我對(duì)規(guī)范化編碼和書寫相關(guān)說明文檔進(jìn)一步規(guī)范和熟練。在實(shí)驗(yàn)過程中也遇到了

53、許多的問題，有的至今也沒有找出好的解決方案。例如，自己過早的急于編碼實(shí)現(xiàn)，造成了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次不夠清晰，系統(tǒng)界面與系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)分離，為以后設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)軟件提供了很好的警示作用。</p><p>　　短短一周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了用java編碼實(shí)現(xiàn)自己從未做過的一些實(shí)踐，提高了自己的動(dòng)手能力，反復(fù)修改代碼的過程中提高了自己獨(dú)立思考問題的能力。在此特別感謝各位老師的指導(dǎo)，有了老師們的支持，才會(huì)使我更加圓滿的完成此次

54、課題的設(shè)計(jì)。不懈的努力使自己向?qū)嵱眯腿瞬鸥~進(jìn)了一步，增加自己的實(shí)力，增加了自己的競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1>java API 文檔 《JDK_API_1.6.0_CN.CHM》 ；</p><p>　　2>趙俊生、馬志強(qiáng)著 《內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書書寫規(guī)范》2013年1月&

55、lt;/p><p>　　3>劉中兵著 《Java高手真經(jīng)（編程基礎(chǔ)卷：Java核心編程技術(shù)）》 北京：電子工業(yè)出版社2009年3月 </p><p>　　4>鄭莉 王行言 馬素霞著 《Java語言程序設(shè)計(jì)》 北京：清華大學(xué)出版社 2010年7月</p><p>　　5>張堯?qū)W著 《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程（第三版）》 北京:清華大學(xué)出版社，2006年<