计算机操作系统实验-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、实验要求

1.设计进程控制块 PCB 的结构，通常应包括如下信息：

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。

2.编写两种调度算法程序：

优先数调度算法程序

循环轮转调度算法程序

3.按要求输出结果。

三、实验过程

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. 程序的模块结构如下：

 整个程序可由主程序和如下 7 个过程组成：

 2

 （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。

代码：

Main.cpp
#include
#include
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;
}