操作系统-java实现进程调度

Java实现操作系统进程调度

进程调度方式

  • (1)非抢占式
    一旦处理机分配给某进程后,不管它运行多久让他一直运行下去,不会因为时钟中断等原因而抢占正在运行的处理机。直到该进程完成,自愿放弃处理机,或阻塞时
    非抢占式算法有:先来先服务(FCFS)、短作业优先调度算法(SJ( P )F)、高优先权优先调度算法
  • (2)抢占式
    允许调度程序根据某种原则去暂停某个正在执行的进程。抢占调度方式有一定原则,主要有以下几条:
  1. 优先权原则
  2. 短作业优先原则
  3. 时间片原则
    抢占式算法有:时间片轮转算法、多级反馈队列调度算法

先来先服务算法(FCFS)

先来先服务算法是一种最简单的算法,可用于进程调度,也可用于作业调度。
如名,进程调度采用FCFS算法时,每次调度都是从就绪队列中选取一个最先进入队列的进程,分配处理及,该进程一直运行到完成或者发生事件而阻塞才放弃处理机
该算法比较利于长作业(进程),不利于短作业;原因:短作业等待时间过长
该算法有利于CPU繁忙型(指需要大量cpu时间)的作业,不利于I/O繁忙型

短作业优先调度算法(SJ( P )F)

短作业优先调度算法是指对短作业或短进程优先调度的算法,从就绪队列中找到预计最短运行时间的进程,让处理机调度它
优点:可以有效降低作业的平均等待时间,提高系统吞吐量。
缺点:对长作业不利,周转时间与带权周转时间提升。未考虑作业的紧迫程度。时间长短是估计的,所以不一定会达到真正的短作业调度

高优先权优先调度算法

类同于短作业优先调度算法

时间片轮转算法

利用FCFS再令其执行一个时间片,时间片用完时,发生中断,将其送入就绪队列尾部

多级反馈队列调度算法

既能使高优先级的作业得到响应又能使短作业(进程)迅速完成

Java代码模拟实现进程调度

PBC

public class PCB {
	private String name;
	private int id;
	private int priority;
	private int arrive_time;
	private int demandrun_time;
	private int user_time;
	private Status status;
	public static int run_time=0;
	public PCB(){
		user_time = 0;
		status = Status.H;
	}
	public PCB(String name,int id,int priority,int demandrun_time){
		this();
		this.name = name;
		this.id = id;
		this.priority = priority;
		this.demandrun_time = demandrun_time;
	}
	
	public boolean isFinish(PCB pcb){
		if(pcb.getDemandrun_time() == pcb.getUser_time()){
			return true;
		}
		return false;
	}
	public void run(int time){
		if((user_time+time) < demandrun_time){
			user_time +=time;
			run_time+=time;
		}else{
			run_time = run_time + demandrun_time - user_time;
			user_time = demandrun_time;
			status = Status.F;
		}
	}
	public double hrr_priority(){
		return (double)(run_time-user_time+demandrun_time)/demandrun_time;
	}
	...
	@Override
	public String toString() {
		return "进程状态:"+status+" 进程名:"+name +" 进程ID:"+ id +" 进程需求运行时间:"+ demandrun_time +" 优先级:"+priority+" 进程运行时间:"+ user_time;
	}
	public enum Status{
		H,W,R,F;
	}
}

模拟进程

List<PCB> pcbs = new ArrayList<>(Arrays.asList(
	new PCB("A",1,10,100),
	new PCB("B",2,9,105),
	new PCB("C",3,54,120),
	new PCB("D",4,24,210),
	new PCB("E",5,14,200)
));

判断调度是否完成

如果存在任何进程在就绪状态(W)或者执行状态(R)则调度未完成

public boolean isFinish(List<PCB> pcbs){
		boolean flag = pcbs.stream()
				.anyMatch((e)->e.getStatus().equals(Status.W));
		boolean flag1 = pcbs.stream()
				.anyMatch((e)->e.getStatus().equals(Status.R));
//		Long count1 = pcbs.stream().filter((e)->e.getStatus().equals(Status.W)).collect(Collectors.counting());
//		Long count2 = pcbs.stream().filter((e)->e.getStatus().equals(Status.R)).collect(Collectors.counting());
		if(!flag&&!flag1){
			return true;
		}
		return false;
	}

先来先服务算法(FCFS)

public void fcfs(List<PCB> pcbs){
	while(!isFinish(pcbs)){
		//找到队列中第一个状态处于就绪状态的进程
		Optional<PCB> op = pcbs.stream()
							   .filter((e)->e.getStatus().equals(Status.W))
							   .findFirst();
		//把进程状态改为执行状态
		op.get().setStatus(Status.R);
		//进程一直运行到完成
		while(!op.get().isFinish(op.get())){
			op.get().run(10);
			try {
				Thread.sleep(500);
			} catch (InterruptedException e1) {
				e1.printStackTrace();
			}
			System.out.println("CPU运行时间:"+PCB.run_time);
			show(Status.F);
			show(Status.R);
			show(Status.W);
			show(Status.H);
			System.out.println();
		}
	}
}

短作业优先调度算法(SJ( P )F)

public void sjf(List<PCB> pcbs){
		//按进程可能用到的时长排序,由小到大
		List<PCB> sortpcbs = pcbs.stream().sorted((e1,e2)->e1.getDemandrun_time()-e2.getDemandrun_time()).collect(Collectors.toList()); 
		//排序后和先来先服务算法类似
		fcfs(sortpcbs);
	}

高优先权优先调度算法

public void pt(List<PCB> pcbs){
		//按进程优先权排序
		List<PCB> sortpcbs = pcbs.stream().sorted((e1,e2)->e1.getPriority()-e2.getPriority()).collect(Collectors.toList()); 
		fcfs(sortpcbs);
	}

时间片轮转法

public void tsc(List<PCB> pcbs){
		while(!isFinish(pcbs)){
			//获取所有进程数
			Long count = pcbs.stream().filter((e)->e.getStatus().equals(Status.W)).collect(Collectors.counting());
			for(int i = 0;i<count;i++){
				//获取应调度的进程
				Optional<PCB> op = pcbs.stream()
						   .filter((e)->e.getStatus().equals(Status.W))
						   .skip(i)
						   .findFirst();
				op.get().setStatus(Status.R);
				op.get().run(10);
				try {
					Thread.sleep(500);
				} catch (InterruptedException e1) {
					e1.printStackTrace();
				}
				System.out.println("CPU运行时间:"+PCB.run_time);
				show(Status.F);
				show(Status.R);
				show(Status.W);
				show(Status.H);
				System.out.println();
				//时间片完后把执行状态转换为就绪状态
				if(op.get().getStatus().equals(Status.R)){
					op.get().setStatus(Status.W);
				}else{
					count --;
				}
			}
		}
	}

多级反馈队列调度算法

public void hrr(List<PCB> pcbs){
		while(!isFinish(pcbs)){
			//获取当前相对优先级最高的进程
			Optional<PCB> op = pcbs.stream()
								   .filter((e)->e.getStatus().equals(Status.W))
								   .max((e1,e2)->Double.compare(e1.hrr_priority(), e2.hrr_priority()));
			op.get().setStatus(Status.R);
			op.get().run(10);
			try {
				Thread.sleep(500);
			} catch (InterruptedException e1) {
				e1.printStackTrace();
			}
			System.out.println("CPU运行时间:"+PCB.run_time);
			show(Status.F);
			show(Status.R);
			show(Status.W);
			show(Status.H);
			System.out.println();
			if(op.get().getStatus().equals(Status.R)){
				op.get().setStatus(Status.W);
			}
		}
	}

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