操作系統(tǒng)課程設(shè)計-進程調(diào)度模擬

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文檔簡介

1、　　操作系統(tǒng)課程設(shè)計　　——進程調(diào)度模擬　　班級：計算機科學(xué)與技術(shù)三班　　學(xué)號： 　　實驗要求<

2、;p>　　編寫一個進程調(diào)度程序，允許多個進程共行的進程調(diào)度程序。 　　采用最高優(yōu)先級數(shù)優(yōu)先的調(diào)度算法（即把處理機分配給優(yōu)先數(shù)最高的進程）和先來先服務(wù)算法。 　　每個進程用一個進程控制塊（ PCB）表示。進程控制塊可以包含如下信息：進程名、優(yōu)先數(shù)、到達時間、需要運行時間、已用CPU時間、進程狀態(tài)等等。 <p&

3、gt;　　進程的優(yōu)先數(shù)及需要的運行時間可以事先人為地指定（也可以由隨機數(shù)產(chǎn)生）。進程的到達時間為輸入進程的時間。 　　進程的運行時間以時間片為單位進行計算。 　　每個進程的狀態(tài)可以是就緒 W（Wait）、運行R（Run）、或完成F（Finish）三種狀態(tài)之一。 　　就緒進程獲得 CPU后都只能運行一個時間片。用已

4、占用CPU時間加1來表示。如果運行一個時間片后，進程的已占用 CPU時間已達到所需要的運行時間，則撤消該進程，如果運行一個時間片后進程的已占用CPU時間還未達所需要的運行時間，也就是進程還需要繼續(xù)運行，此時應(yīng)將進程的優(yōu)先數(shù)減1（即降低一級），然后把它插入就緒隊列等待CPU。 　　每進行一次調(diào)度程序都打印一次運行進程、就緒隊列、以及各個進程的 PCB，以便進行檢查。

5、　　重復(fù)以上過程，直到所有進程都完成為止。　　設(shè)計思路　　本程序用兩種算法（最高優(yōu)先級數(shù)優(yōu)先的調(diào)度算法和先來先服務(wù)算法）對多個進程進行調(diào)度，每個進程有三個狀態(tài)，初始狀態(tài)為就緒狀態(tài)。　　最高優(yōu)先級數(shù)優(yōu)先的調(diào)度算法中，程序的某進程運行時間以時間片為單位計算。各

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

7、;　　設(shè)計創(chuàng)建進程的結(jié)構(gòu)類型定義和結(jié)構(gòu)變量說明struct ProcessPcb，定義PCB相關(guān)變量：　　ProcessPcb(){next=NULL;}　　char pro_name[20]; //進程的名字　　int time_submit ; //提交時間,從時間的1開始

8、計時　　int time_exe ; //進程所需的運行時間 　　int pro_id ; //進程ID(系統(tǒng)生成)　　int pro_priority ; //進程優(yōu)先級　　int time_start ; //開始執(zhí)行的

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

10、時間單位,初始化為所需的執(zhí)行時間　　int time_turn ; //周轉(zhuǎn)時間　　double time_aver ; //帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間　　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模擬運行函數(shù)　　bool GetPcb(); //進程輸入函數(shù)　　void ShowPcb(); //將輸入的進程展示出來　　void PriModel(); //可強占的優(yōu)先

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

13、lt;/p>　　優(yōu)先級數(shù)調(diào)度先來先服務(wù)　　退出程序　　流程圖：　　1.可強占優(yōu)先調(diào)度算法實現(xiàn)過程流程圖：　　FCFS

14、算法實現(xiàn)過程流程圖：　　測試結(jié)果及分析　　1.開始運行，顯示：　　2.輸入進程數(shù)，各進程屬性：　　關(guān)于提交時間執(zhí)行時間等，將檢測輸入是否數(shù)字，不是數(shù)字即退出程序。　　3.顯示各進程屬性，以及關(guān)

15、于調(diào)度算法的選擇項：　　此處的優(yōu)先級數(shù)，是用100減去執(zhí)行時間。對于優(yōu)先級數(shù)相同，則默認FIFO。　　4.測試可強占的優(yōu)先進程調(diào)度：　　一次調(diào)度完成，將計算此次運行中CPU的利用率。　　可強占的優(yōu)先進程調(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)度算法運行情況：　　選擇3，回車，退出程序。　　設(shè)計心得　　類與結(jié)構(gòu)體的設(shè)計創(chuàng)建遇到盲點，一部分知識很少用到，忘記了，經(jīng)過查閱，復(fù)習(xí)了遺忘的知識點。　　循環(huán)的嵌套，通過查閱，編程，重新熟悉溫習(xí)了關(guān)于各種循環(huán)的嵌套實

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

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

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

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

21、lt;b>　　{　　ProcessPcb(){next=NULL;}　　char pro_name[20]; //進程的名字　　int time_submit ; //提交時間,從時間的1開始計時　　int time_exe ;

22、 //進程所需的運行時間 　　int pro_id ; //進程ID(系統(tǒng)生成)　　int pro_priority ; //進程優(yōu)先級　　int time_start ; //開始執(zhí)行的時間　　int time_end ;

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

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

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

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

27、模式　　private:　　ProcessPcb PcbList[100]; //按提交時間排的未就緒進程隊列　　int pcbnum ; //進程數(shù)量　　int freetime ;

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

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

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

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

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

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

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;　　}　　}　　//按進程提交時

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;　　}　　//進程輸入函數(shù)　　bo

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

42、; *** 計算機科學(xué)與技術(shù)三班 ***\n";　　cout<<" *** 孫清茂 ***\n";　　cout<<"\n***請輸入你想建立的進程個數(shù): ";　　cin>

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

44、t;p>　　for(i=0;i<pcbnum;i++)//輸入進程信息　　{　　cout<<"***請依次輸入第"<<i+1<<"個進程的信息***"<<endl ;　　cou

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

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

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

48、;　　PcbList[i].time_left=PcbList[i].time_exe; //設(shè)置剩余執(zhí)行時間　　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，&

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

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

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

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

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

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

55、out<<"********可強占的優(yōu)先進程調(diào)度過程如下********\n";　　freetime=0; //初始化系統(tǒng)空閑時間為0　　int time=0; //時間　　int nextid=0;&l

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

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

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

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

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

61、>　　head->next=pcb;　　} 　　//查找在time時間片應(yīng)該運行的進程　　if(head->next==NULL)　　{

62、　　cout<<" 沒有可運行的進程"<<endl;　　freetime++;　　}　　else　　{

63、;　　pcb2=head;　　pcb=head->next;　　pcb1=head->next;　　//查找當前優(yōu)先級最高的就緒進程　　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;　　}　　//運行優(yōu)先級最高的進程　　if(pcb->time_left==pcb-&

66、gt;time_exe) //該進程是否已開始　　{　　pcb->time_start=time; //設(shè)置開始時間　　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)先級數(shù)減3　　pcb->time_left--; //剩余執(zhí)行時間減去時間片1　　//打印該進程信息

68、;　　cout<<" 進程編號: "<<pcb->pro_id<<" 進程名字:"　　<<pcb->pro_name<<" 提交時間: "　　<<p

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

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

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

72、gt;time_submit+1; 　　//計算周轉(zhuǎn)時間　　pcb->time_aver=pcb->time_turn/(double)pcb->　　time_exe; //計算帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間　　pcb->pr

73、o_state=END;　　cout<<"\n進程"<<pcb->pro_id<<"運行結(jié)束："<<"\n進程名字: "　　<<pcb->pro_name<<" 提交時間: "</p

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

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

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

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

78、 //可強占的優(yōu)先進程調(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)進程調(diào)度過程如下********\

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

80、 //就緒隊列　　int quef=0,quee=0; //就緒隊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++; //時間片為1　　cout<<"*Time: 第"<<time<<"秒"<<endl; //打印　　//進程就緒（查看未

82、就緒的進程中在該時間片是否可以進入就緒隊列）　　while(pnum<pcbnum && PcbList[pnum].time_submit<=time) 　　que[quee++]=PcbList[pnum++];　　//查找time時間片的運行進程<p

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

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

85、　　que[quef].time_start=time; //設(shè)置開始時間　　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)行時間減去時間片1　　//打印進程信息　　cout<<"進程編號: "<<que[quef].pro_id<<" 進程名字: "　　<<

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

88、].time_start<<" 還剩時間: "　　<<que[quef].time_left<<endl ;　　//該進程是否執(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進程"<<que[quef].pro_id<<"運行結(jié)束:"

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

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

93、.time_turn　　<<" 帶權(quán)周轉(zhuǎn): "<<que[quef].time_aver<<endl ;　　quef++; //pcb出隊列 　　}&l

94、t;p>　　}　　} // CPU模擬結(jié)束　　cout<<"\n所有進程運行完畢！"<<endl;　　double c=(time-freetim

95、e)/(double)time*100;　　cout<<"\ncpu利用率："<<c<<"%"<<endl;　　}　　int main()<

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