进程调度模拟算法
实 验 报 告
实验项目名称：实验一 进程调度模拟算法
一、实验目的
进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求用高级语言编写模拟进程调度程序，以便加深理解有关进程控制快、进程队列等概念，并体会和了解优先数算法和时间片轮转算法的具体实施办法。
二、实验内容和要求
- 设计进程控制块PCB的结构，通常应包括：进程名、进程优先数（或轮转时间片数）、进程已占用的CPU时间、进程到完成还需要的时间、进程的状态、当前队列指针等。
- 编写两种调度算法程序：
1) 优先数调度算法程序；
2) 循环轮转调度算法程序。
- 将程序源代码和运行截图写入实验报告并提交。
三、实验步骤
- 实验准备
分别用两种调度算法对伍个进程进行调度。每个进程可有三种状态；执行状态（RUN）、 就绪状态（READY,包括等待状态）和完成状态（FINISH），并假定初始状态为就绪状态。
（一）进程控制块结构如下：
NAME——进程标示符
PRIO/ROUND——进程优先数/进程每次轮转的时间片数（设为常数 2） CPUTIME——进程累计占用 CPU 的时间片数
NEEDTIME——进程到完成还需要的时间片数
STATE——进程状态
NEXT——链指针
注：
1.为了便于处理，程序中进程的的运行时间以时间片为单位进行计算；
2.各进程的优先数或轮转时间片数，以及进程运行时间片数的初值，均由用户在程序运行时给定。
（二）进程的就绪态和等待态均为链表结构，共有四个指针如下：
RUN——当前运行进程指针
READY——就需队列头指针
TAIL—— 就需队列尾指针
FINISH—— 完成队列头指针
（三）程序说明
1.在优先数算法中，进程优先数的初值设为：
50-NEEDTIME
每执行一次，优先数减 1，CPU 时间片数加 1，进程还需要的时间片数减 1。 在轮转法中，采用固定时间片单位（两个时间片为一个单位），进程每轮转一次，CPU 时间片数加 2，进程还需要的时间片数减 2，并退出 CPU，排到就绪队列尾，等待下一次调度。
2.程序的模块结构提示如下： 整个程序可由主程序和如下 7 个过程组成：
（1）INSERT1——在优先数算法中，将尚未完成的 PCB 按优先数顺序插入到就绪队列中；
（2）INSERT2——在轮转法中，将执行了一个时间片单位（为 2），但尚未完成的进程 的 PCB，插到就绪队列的队尾；
（3）FIRSTIN——调度就绪队列的第一个进程投入运行；
（4）PRINT——显示每执行一次后所有进程的状态及有关信息。
（5）CREATE——创建新进程，并将它的 PCB 插入就绪队列；
（6）PRISCH——按优先数算法调度进程；
（7）ROUNDSCH——按时间片轮转法调度进程。
主程序定义 PCB 结构和其他有关变量。
- 上机调试
- 主要流程和源代码
源代码：
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
typedef struct node
{
char name[20]; //进程名
int prio; //进程优先级
int round; //分配CPU的时间片
int cputime; //CPU执行时间
int needtime; //进程执行所需时间
char state; //进程状态
int count; //记录执行次数
struct node *next; //链表指针
}PCB;
int num;
//定义三个队列，就绪队列，执行队列，完成队列
PCB *ready = NULL; //就绪队列
PCB *run = NULL; //执行队列
PCB *finish = NULL; //完成队列
//取得第一个就绪节点
void GetFirst()
{
run = ready;
if (ready != NULL)
{
run->state = 'R';
ready = ready->next;
run->next = NULL;
}
}
//优先级输出队列
void Output1()
{
PCB *p;
p = ready;
while (p != NULL)
{
cout << p->name << "\t" << p->prio << "\t" << p->cputime << "\t" << p->needtime << "\t " << p->state << " \t " << p->count << endl;
p = p->next;
}
p = finish;
while (p != NULL)
{
cout << p->name << "\t" << p->prio << "\t" << p->cputime << "\t" << p->needtime << "\t " << p->state << " \t " << p->count << endl;
p = p->next;
}
p = run;
while (p != NULL)
{
cout << p->name << "\t" << p->prio << "\t" << p->cputime << "\t" << p->needtime << "\t " << p->state << " \t " << p->count << endl;
p = p->next;
}
}
//轮转法输出队列
void Output2()
{
PCB *p;
p = ready;
while (p != NULL)
{
cout << p->name << "\t" << p->round << "\t" << p->cputime << "\t" << p->needtime << "\t " << p->state << "\t " << p->count << endl;
p = p->next;
}
p = finish;
while (p != NULL)
{
cout << p->name << "\t" << p->round << "\t" << p->cputime << "\t" << p->needtime << "\t " << p->state << "\t " << p->count << endl;
p = p->next;
}
p = run;
while (p != NULL)
{
cout << p->name << "\t" << p->round << "\t" << p->cputime << "\t" << p->needtime << "\t " << p->state << "\t " << p->count << endl;
p = p->next;
}
}
//创建优先级队列
//创建优先级队列，规定优先数越小，优先级越低
void InsertPrio(PCB *in)
{
PCB *fst, *nxt;
fst = nxt = ready;
if (ready == NULL) //如果队列为空，则为第一个元素
{
in->next = ready;
ready = in;
}
else //查到合适的位置进行插入
{
if (in->prio >= fst->prio) //比第一个还要大，则插入到队头
{
in->next = ready;
ready = in;
}
else
{
while (fst->next != NULL) //移动指针查找第一个比它小的元素的位置进行插入
{
nxt = fst;
fst = fst->next;
}
if (fst->next == NULL) //已经搜索到队尾，则其优先级数最小，将其插入到队尾即可
{
in->next = fst->next;
fst->next = in;
}
else //插入到队列中
{
nxt = in;
in->next = fst;
}
}
}
}
//将进程插入到就绪队列尾部
void InsertTime(PCB *in)
{
PCB *fst;
fst = ready;
if (ready == NULL)
{
in->next = ready;
ready = in;
}
else
{
while (fst->next != NULL)
{
fst = fst->next;
}
in->next = fst->next;
fst->next = in;
}
}
//将进程插入到完成队列尾部
void InsertFinish(PCB *in)
{
PCB *fst;
fst = finish;
if (finish == NULL)
{
in->next = finish;
finish = in;
}
else
{
while (fst->next != NULL)
{
fst = fst->next;
}
in->next = fst->next;
fst->next = in;
}
}
//优先级调度输入函数
void PrioCreate()
{
PCB *tmp;
int i;
cout << "Enter the name and needtime：" << endl;
for (i = 0; i < num; i++)
{
if ((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB))) == NULL)
{
cerr << "malloc" << endl;
exit(1);
}
cin >> tmp->name;
getchar();
cin >> tmp->needtime;
tmp->cputime = 0;
tmp->state = 'W';
tmp->prio = 50 - tmp->needtime; //设置其优先级，需要的时间越多，优先级越低
tmp->round = 0;
tmp->count = 0;
InsertPrio(tmp); //按照优先级从高到低，插入到就绪队列
}
cout << "进程名\t优先级\tcpu时间\t需要时间 进程状态 计数器" << endl;
}
//时间片输入函数
void TimeCreate()
{
PCB *tmp;
int i;
cout << "输入进程名字和进程时间片所需时间：" << endl;
for (i = 0; i < num; i++)
{
if ((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB))) == NULL)
{
cerr << "malloc" << endl;
exit(1);
}
cin >> tmp->name;
getchar();
cin >> tmp->needtime;
tmp->cputime = 0;
tmp->state = 'W';
tmp->prio = 0;
tmp->round = 2;
tmp->count = 0;
InsertTime(tmp);
}
cout << "进程名\t轮数\tCPU时间\t需要时间 进程状态 计数器" << endl;
}
//按照优先级调度，每次执行一个时间片
void Priority()
{
int flag = 1;
GetFirst();
while (run != NULL)
{
Output1();
while (flag)
{
run->prio -= 3; //优先级减去三
run->cputime++; //CPU时间片加一
run->needtime--;//进程执行完成的剩余时间减一
if (run->needtime == 0)//如果进程执行完毕，将进程状态置为F，将其插入到完成队列
{
run->state = 'F';
run->count++;
InsertFinish(run);
flag = 0;
}
else //将进程状态置为W，入就绪队列
{
run->state = 'W';
run->count++; //进程执行的次数加一
InsertTime(run);
flag = 0;
}
}
flag = 1;
GetFirst(); //继续取就绪队列队头进程进入执行队列
}
}
void RoundRun() //时间片轮转调度算法
{
int flag = 1;
GetFirst();
while (run != NULL)
{
Output2();
while (flag)
{
run->count++;
run->cputime++;
run->needtime--;
if (run->needtime == 0) //进程执行完毕
{
run->state = 'F';
InsertFinish(run);
flag = 0;
}
else if (run->count == run->round)//时间片用完
{
run->state = 'W';
run->count = 0; //计数器清零，为下次做准备
InsertTime(run);
flag = 0;
}
}
flag = 1;
GetFirst();
}
}
int main(void)
{
int n;
cout << "输入进程个数：" << endl;
cin >> num;
getchar();
cout << "-----------------进程调度算法模拟----------------------" << endl;
cout << " 1、优先级调度算法" << endl;
cout << " 2、循环轮转调度算法 " << endl;
cout << "-------------------------------------------------------" << endl;
cout << "输入选择序号：" << endl;
cin >> n;
switch (n)
{
case 1:
cout << "优先级调度:" << endl;
PrioCreate();
Priority();
Output1();
break;
case 2:
cout << "循环轮转算法:" << endl;
TimeCreate();
RoundRun();
Output2();
break;
case 0:
exit(1);
break;
default:
cout << "Enter error!" << endl;
break;
}
cout << endl;
return 0;
}
- 遇到的主要问题和解决方法
问题：队列是先进先出的 , 在优先级算法中怎么来向链表中插入新的进程 , 使其能够按优先级排序 。
解决方法： 第一想到的是用数组，后来发现不如链表方便，所以换成链表。
四、实验结果
程序开始运行后，首先提示：请用户选择算法，输入进程名和相应的 NEEDTIME 值。
每次显示结果均为如下 5 个字段：
name cputime needtime priority state
注：
1．在 state 字段中，"R"代表执行态，"W"代表就绪（等待）态，"F"代表完成态。
2．应先显示"R"态的，再显示"W"态的，再显示"F"态的。
3．在"W"态中，以优先数高低或轮转顺序排队；在"F"态中，以完成先后顺序排队。
五、实验总结
通过这次实验，我学习了进程调度模拟算法，对进程调度有了更深一层次的理解，同时也提高了自己的编程能力，感觉自己受益匪浅。
