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操作系统实验三 进程调度

实验三 进程调度

一、实验目的

  • 1、 理解有关进程控制块、进程队列的概念。
  • 2、 掌握进程优先权调度算法和时间片轮转调度算法的处理逻辑。

二、实验内容与基本要求

  • 1、 设计进程控制块PCB的结构,分别适用于优先权调度算法和时间片轮转调度算法。
  • 2、 建立进程就绪队列。
  • 3、 编制两种进程调度算法:优先权调度算法和时间片轮转调度算法。

三、实验报告要求

  • 1、 优先权调度算法和时间片轮转调度算法原理。
  • 2、 程序流程图。
  • 3、 程序及注释。
  • 4、 运行结果以及结论。

四、实验报告

** 1.时间片轮转调度算法(round robin)**

a.该算法采取了非常公平的方式,即让就绪队列上的每个进程每次仅运行一个时间片。如果就绪队列上有N个进程,则每个进程每次大约都可获得1/N的处理机时间。

b时间片的大小对于系统性能有很大的影响。若选择很小的时间片,将有利于短作业,但意味着会频繁地执行进程调度和进程上下文的切换,这无疑会增加系统的开销。反之,若时间片选择得太长,且为使每个进程都能在一个时间片内完成,RR算法便退化为FCFS算法,无法满足短作业和交互式用户的需求。

c.进程的切换时机体现出RR算法的特点。若一个进程在时间片还没结束时就已完成,此时立即激活调度程序,将它从执行队列中删除。若一个进程在时间片结束时还未运行完毕,则调度程序将把它送往就绪队列的末尾,等待下一次执行。用C语言编程模拟调度程序时,将时间片,程序运行时间量化为整数。此时代码

** 2.优先权调度算法 **

a.在时间片算法中,无法对进程的紧急程度加以区分。而优先级算法正好可以解决这一问题。

b.进程优先级的确定同样重要。进程优先级可以分为静态优先级和动态优先级。静态优先级是在进程创建初期就被确定的值,此后不再更改。动态优先级指进程在创建时被赋予一个初值,此后其值会所进程的推进或等待时间的增加而改变。

c.用C语言模拟调度程序时,可用run->prio -= 3; /*优先级减去三,若设为0则优先级不变*/ 这条语句控制静态动态优先级的切换。

** 3.程序流程图 **
这里写图片描述

** 4.程序代码及注释 **

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#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct node
{
char name[20]; /*进程的名字*/
int prio; /*进程的优先级*/
int round; /*分配CPU的时间片*/
int cputime; /*CPU执行时间*/
int needtime; /*进程执行所需要的时间*/
char state; /*进程的状态,W--就绪态,R--执行态,F--完成态*/
int count; /*记录执行的次数*/
struct node *next; /*链表指针*/
}PCB;
PCB *ready=NULL,*run=NULL,*finish=NULL; /*定义三个队列,就绪队列,执行队列和完成队列*/
int num;
void GetFirst(); /*从就绪队列取得第一个节点*/
void Output(); /*输出队列信息*/
void InsertPrio(PCB *in); /*创建优先级队列,规定优先数越小,优先级越高*/
void InsertTime(PCB *in); /*时间片队列*/
void InsertFinish(PCB *in); /*时间片队列*/
void PrioCreate(); /*优先级输入函数*/
void TimeCreate(); /*时间片输入函数*/
void Priority(); /*按照优先级调度*/
void RoundRun(); /*时间片轮转调度*/
int main(void)
{
char chose;
printf("请输入要创建的进程数目:\n");
scanf("%d",&num);
getchar();
printf("输入进程的调度方法:(P/R)\n");
scanf("%c",&chose);
switch(chose)
{
case 'P':
case 'p':
PrioCreate();
Priority();
break;
case 'R':
case 'r':
TimeCreate();
RoundRun();
break;
default:break;
}
Output();
return 0;
}
void GetFirst() /*取得第一个就绪队列节点*/
{
run = ready;

if(ready!=NULL)
{
run ->state = 'R';
ready = ready ->next;
run ->next = NULL;
}
}
void Output() /*输出队列信息*/
{
PCB *p;
/*p = ready;*/
printf("进程名\t优先级\t时间片\tcpu时间\t需要时间\t进程状态\t计数器\n");
p = ready;
while(p!=NULL)
{
printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);
p = p->next;
}
p = finish;
while(p!=NULL)
{
printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);
p = p->next;
}
p = run;
while(p!=NULL)
{
printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);
p = p->next;
}
}
void InsertPrio(PCB *in) /*创建优先级队列,规定优先数越小,优先级越低*/
{
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(大于等于),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别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;
}
}
}
}
void InsertTime(PCB *in) /*将进程插入到就绪队列尾部*/
{
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;
}
}
void InsertFinish(PCB *in) /*将进程插入到完成队列尾部*/
{
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;
}
}
void PrioCreate() /*优先级调度输入函数*/
{
PCB *tmp;
int i;

printf("输入进程名字和进程所需时间:\n");
for(i = 0;i < num; i++)
{
if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL)
{
perror("malloc");
exit(1);
}
scanf("%s",tmp->name);
getchar(); /*吸收回车符号*/
scanf("%d",&(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*/
}
}
void TimeCreate() /*时间片输入函数*/
{
PCB *tmp;
int i;

printf("输入进程名字和进程时间片所需时间:\n");
for(i = 0;i < num; i++)
{
if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL)
{
perror("malloc");
exit(1);
}
scanf("%s",tmp->name);
getchar();
scanf("%d",&(tmp->needtime));
tmp ->cputime = 0;
tmp ->state ='W';
tmp ->prio = 0;
tmp ->round = 2; /*假设每个进程所分配的时间片是2*/
tmp ->count = 0;
InsertTime(tmp);
}
}
void Priority() /*按照优先级调度,每次执行一个时间片*/
{
int flag = 1;

GetFirst();
while(run != NULL) /*当就绪队列不为空时,则调度进程如执行队列执行*/
{
Output(); /*输出每次调度过程中各个节点的状态*/
while(flag)
{
run->prio -= 0; /*优先级减去三,若设为0则优先级不变*/
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++; /*进程执行的次数加一*/
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)
{
Output();
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();
}
}

五.程序运行验证

** 1.RR算法 **
这里写图片描述
** 2.动态优先级算法 **
这里写图片描述

** 3.静态优先级算法 **
静态优先级算法仅在一条语句上有区别,运行示意图类似RR算法,每个进程按照固定的优先级(即50减去需要时间)依次执行。

原文链接:本人CSDN博客