1、操作系统实验题目进程调度算法模拟一、实验目的 通过对进程调度算法的模拟，进一步理解进程的基本概念，加深对进程运行状态和进程调度过程、调度算法的理解。二、设备与环境（1）硬件设备：PC机一台（2）软件环境：安装Windows操作系统或者Linux操作系统，并安装相关的程序开发环境，如C C+Java 等编程语言环境。三、实验内容（1）用C、C+、Java语言编程实现对5个进程采用动态优先权调度算法进行调度的过程。数据如下：5个进程的到达时刻和服务时间见下表，忽略I/O以及其它开销时间，使用动态优先权算法进行调度，优先权初始值为100，请输出各个进程的完成时刻、周转时间、带权周转时间。 进程到达时
2、刻服务时间A03B26C44D65E82（2）每个用来标识进程的进程控制块PCB可用结构来描述，包括以下字段（用不到的字段可以不定义）。 进程标识数ID。 进程优先数PRIORITY，并规定优先数越大的进程，其优先权越高。 进程已占用CPU时间CPUTIME。 进程还需占用的CPU时间ALLTIME。当进程运行完毕时，ALLTIME变为0。 进程的阻塞时间STARTBLOCK，表示当进程再运行STARTBLOCK个时间片后，进程将进入阻塞状态。 进程被阻塞的时间BLOCKTIME，表示已阻塞的进程再等待BLOCKTIME个时间片后，将转换成就绪状态。 进程状态STATE。 队列指针NEXT，用
3、来将PCB排成队列。（3）优先数改变的原则： 进程在就绪队列中呆一个时间片，优先数增加1。 进程每运行一个时间片，优先数减3。（4）为了清楚地观察每个进程的调度过程，程序应将每个时间片内的进程的情况显示出来，包括正在运行的进程，处于就绪队列中的进程和处于阻塞队列中的进程。（5）分析程序运行的结果，谈一下自己的认识。四、实验结果及分析（1）实验关键代码 模拟PCB数据结构定义： /枚举进程的状态：新建、就绪、执行、阻塞、终止 enum STATE_PROCESS New,Ready,Run,Block,Finish; typedef enum STATE_PROCESS STATE; /建立PC
4、B结构体 struct PCB_NODE int id; /进程标识数 int priority; /进程优先数 int arriveTime; /进程到达时间 int cpuTime; /进程已占用 CPU 时间 int allTime; /进程还需占用 CPU 时间 int blockTime; /进程已阻塞时间 STATE state; /进程状态 struct PCB_NODE *prev; /PCB 前指针 struct PCB_NODE *next; /PCB 后指针 ; typedef struct PCB_NODE PCB; 模拟进程队列操作函数定义： /进程入列 void q
5、ueuePush(PCB *process, PCB *queueHead) /进程出列 void queuePop(PCB *process, PCB *queueHead) /查看队列中进程信息 void queueWalk(PCB *queueHead) 模拟就绪队列操作函数定义： /进程插入到就绪队列 void readyQueuePush(PCB *process) /优先数最大的进程出列 PCB * readyQueuePop() /每个时间片更新就绪队列中的进程信息 void readyQueueUpdate(int timeSlice,PCB *pcb) /返回就绪队列最大优先
6、数的值 int readyMaxPriority() /查看就绪队列中的进程信息 void readyQueueWalk() 模拟阻塞队列操作函数定义： /进程插入到阻塞队列 void blockQueuePush(PCB *process) /优先数最大的进程出列 PCB * blockQueuePop() /每个时间片更新阻塞队列中进程的信息 void blockQueueUpdate() /查看阻塞队列中的进程信息 void blockQueueWalk() 模拟动态优先权进程调度函数定义： /初始化进程PCB数据，返回PCB头指针 PCB * initData() /模拟 CPU 执行
7、1个时间片的操作 void cpuWord(PCB *cpuProcess) 主函数关键代码： int timeSlice = 0; /模拟CPU时间片 int cpuBusy = 0; /模拟CPU状态 PCB *cpuProcess = NULL; /当前CPU执行的进程 PCB *pHead,*pro; /进程PCB 头指针 pHead = initData(); /初始化进程PCB,返回进程头指针 pro = pHead + 1; /pro 指向PCB中第一个进程 readyQueueUpdate(timeSlice,pro); /根据进程到达时间将新建进程加入绪队列 /模拟动态优先权
8、进程调度 while(true) if(readyQueueNum = 0 & blockQueueNum = 0 & cpuBusy = 0) printf(就绪队列、阻塞队列和 CPU 当前无进程运行,退出n); break; /end if if(cpuBusy = 0) /CPU空闲,选择一个进程进入CPU if(readyQueueNum 0) /选择就绪队列优先级最高的进程作为CPU运行进程 cpuProcess = readyQueuePop(); else /就绪队列中没有进程,改为选择阻塞队列优先级最高的进程 cpuProcess = blockQueuePop(); cpu
9、Process-cpuTime = 0; /设置当前运行进程占用CPU时间 cpuProcess-state = Run; /设置当前运行进程的状态 cpuBusy = 1; /设置 CPU 当前状态为忙 /end if timeSlice +; /当前时间片加1 printf(n第 %d 个时间片后:n,timeSlice); cpuWord(cpuProcess); /模拟CPU执行1个时间片的操作 if(cpuProcess-allTime = 0) /若当前执行进程还需CPU时间片为0 cpuProcess-state = Finish; /设置当前进程状态为终止 free(cpuPr
10、ocess); /释放该进程的PCB内存空间 cpuBusy = 0; /CPU状态设置为空闲 /end if /更新就绪队列和阻塞队列中的进程信息 blockQueueUpdate(); readyQueueUpdate(timeSlice,pro); /查看就绪队列和阻塞队列的进程信息 readyQueueWalk(); blockQueueWalk(); if(cpuBusy = 1 & readyQueueNum 0 & cpuProcess-priority readyMaxPriority() blockQueuePush(cpuProcess); /需抢占CPU,当前执行的进程调
11、入阻塞队列 cpuProcess = readyQueuePop(); /从就绪队列中选择优先级最高的进程运行 /end if printf(n模拟进程动态优先权调度算法结束.n); return 0;（2） 动态优先权调度算法流程图（2）实验结果 第1个时间片后： 第2个时间片后： 第3个时间片后： 第4个时间片后： 第5个时间片后： 第6个时间片后： 第7个时间片后： 第8个时间片后： 第9个时间片后： 第10个时间片后： 第11个时间片后： 第12个时间片后： 第13个时间片后： 第14个时间片后： 第15个时间片后： 第16个时间片后： 第17个时间片后： 第18个时间片后： 第19个
12、时间片后： 第20个时间片后：（3） 实验结果分析 调度算法开始之前进程PCB信息为： 调度算法结束之后进程PCB信息为： 调度算法分析：进程ID到达时间服务时间结束时间周转时间带权周转时间00310103.312620183.024416123.036518122.44821352.5（4）实验心得 通过进程动态优先权调度算法的模拟，对进程的运行状态，进程PCB数据结构，进程调度算法有了更深的理解。动态优先权调度算法为了防止高优先级进程无休止地运行下去，调度程序在每个时钟滴答（即每个时钟中断）降低当前进程的优先级。如果这个动作导致该进程的优先级低于次高优先级的进程，则进行进程切换，可以避免低
13、优先级进程长时间的饥饿等待。此外，优先级可以由系统动态确定。例如有些进程为I/O密集型，其多数时间用来等待I/O结束。当这样的进程需要CPU时，应立即分配给它CPU，以便启动下一个I/O请求，这样就可以在另一个进程计算的同时执行I/O操作。使这类I/O密集型进程长时间等待只会造成它无谓地长时间占用内存。使I/O密集型进程获得较好服务的一种简单算法是，将其优先级设为1/f ，f 为该进程在上一时间片中所占的部分。如果一个在其50ms 的时间片中只使用1ms 的进程的优先级为50，而在阻塞之前用掉25ms 的进程优先级为2，使用掉全部时间片的进程优先级为1。这样，可以很方便地将一组进程按优先级分成
14、若干类，并在各类之间采用优先级调度，而在各类进程的内部采用轮转调度。如下图为一个具有4类优先级的系统，其调度算法如下：只要存在优先级为第4类的可运行进程，就按照轮转法为每个进程运行一个时间片，此时不理会较低优先级的进程。若第4类进程为空，则按照轮转法运行第3类进程。若第4类和第3类均为空，则按照轮转法运行第2类进程。如果不偶尔对优先级进行调整，则低优先级进程很可能会产生饥饿现象。 队列头 可运行进程最高优先级 最低优先级教 师 评 价评定项目ABCD评定项目ABCD算法正确界面美观，布局合理程序结构合理操作熟练语法、语义正确解析完整实验结果正确文字流畅报告规范题解正确其他：评价教师签名：年 月 日
