1、操作系统课程设计进程调度的模拟实现课程设计题目 进程调度算法模拟编程 学生姓名 学号 专 业 计算机科学与技术 班级 指导教师 完成日期 2012年12月18日进程调度的模拟实现摘要：进程管理是操作系统中的重要功能，用来创建进程、撤消进程、实现进程状态转换，它提供了在可运行的进程之间复用CPU的方法。在进程管理中，进程调度是核心，因为在采用多道程序设计的系统中，往往有若干个进程同时处于就绪状态，当就绪进程个数大于处理器数目时，就必须依照某种策略决定哪些进程优先占用处理器。本文通过两种算法模拟实现了进程之间的调度。关键词：进程创建，先来先服务，优先级调度。一前言在操作系统中，调度的实质是一种资源
2、分配，调度算法即指：根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。对于不同的系统和系统目标，通常采用不同的调度算法，如在批处理系统中，为照顾为数众多的短作业，采用短作业有限调度算法；在分时系统中，为保证系统具有合理的响应时间，采用轮转法进行调度。采用算法时，则要考虑多方面因素，以便达到最佳效果。做好这个课程设计，有利于加深对操作系统进程调度知识的理解。二. 系统总体框架设计本程序采用两种算法（最高优先级数优先的调度算法和先来先服务算法）对多个进程进行调度，每个进程有三个状态，初始状态为就绪状态。最高优先级数优先的调度算法中，程序的某进程运行时间以时间片为单位计算。各进程的优先数或轮转时间数以及进
3、程需运行的时间片数的初始值均由用户给定。在优先级数优先的调度算法中，优先级数的值设计为100与运行时间的差值，即Pro_time-process-needtime。进程每执行一次，优先数减3，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。对于遇到优先数一致的情况，采用先来先服务策略解决。程序设计组成框图数据项作用pro_name进程名称time_submit进程创建时刻pro_id进程号，当进程有相同名称时，用来区分进程time_start进程启动时刻time_exe进程要求运行时间time_end进程结束的时刻pro_priority进程优先级图1-2 进程控制块CpuModel类成员作用C
4、purun()Cpu模拟运行函数CreatePcb()进程创建函数ShowPcb()进程显示函数PriModel()实现优先级调度算法FcfsModel()实现先来先服务算法pcbnum进程数量freetimeCpu空闲时间allturn总周转时间allaver总带权周转时间PcbList进程就绪队列的实现图1-3CpuModel类程序流程图1.可强占优先调度算法实现过程流程图： 2先来先服务调度算法实现过程流图三数据结构设计1.设计创建进程的结构类型定义和结构变量说明struct ProcessPcb，定义PCB相关变量： ProcessPcb()next=NULL; char pro_na
5、me20; /进程的名字 int time_submit ; /提交时间,从时间为1开始计时 int time_exe ; /进程所需的运行时间 int pro_id ; /进程ID(系统生成) int pro_priority ; /进程优先级 int time_start ; /开始执行的时间 int time_end ; /结束的时间 int time_wait ; /等待的时间 int pro_state ; /进程的状态 (就绪，执行，完成) int time_left ; /还需多少时间单位,初始化为所需的执行时间 int time_turn ; /周转时间 double time
6、_aver ; /带权周转时间2.创建PCB类class CpuModel，定义程序中使用的各函数：CpuModelCpuModel()pcbnum=0; void cpurun(); /cpu模拟运行函数 bool GetPcb(); /进程输入函数 void ShowPcb(); /将输入的进程展示出来 void PriModel(); /可强占的优先进程调度模式 void FcfsModel(); /先到先服务调度模式ProcessPcb PcbList100; /按提交时间排的未就绪进程队列()四测试结果及分析 1.开始运行，显示： 2.输入进程数，各进程属性： 关于提交时间执行时间等
7、，将检测输入是否数字，不是数字即退出程序。 3.显示已创建的各进程及其属性：此处的优先级数，是用100减去执行时间。对于优先级数相同，则默认FIFO。4.测试可强占的优先进程调度：一次调度完成，将计算此次运行中CPU的利用率。 5.先到先服务调度算法运行情况： 6.选择5，回车，退出程序。五设计心得在学完操作系统课程之后，一直对进程调度这一块不是很理解，借着做课程设计的机会，我就选择了进程调度模拟编程这个题目，打算在做课程设计的过程中好好的再学习一下这块的知识。我在做课程设计的过程中，遇到了许多的问题，通过请教同学，上网查资料等途径一一解决。通过这次操作系统的课程设计，我研究了进程调度的相关知
8、识，加深了对进程调度的理解。课程设计和平时的实验课比较起来有很大的差距，实验课只是将这一章的一部分内容练习操作一遍，而课程设计需要的是他们综合起来的东西，这要更难一些。总体来说我认为操作系统这门学科在计算机科学当中是非常重要的，这次操作系统的课程设计收获颇丰，复习了许多东西，也从新学会了许多东西，我想这也许就是课程设计的最终目的吧。参考文献1刘振安、刘燕君著.C+程序设计课程设计.北京: 机械工业出版社，20042美Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne 著. 郑扣根 译. 操作系统概念（第六版）. 北京： 高等教育出版社，200
9、43陈向群，向勇 等. Windows操作系统原理（第二版）. 北京：机械工业出版社，2004.4费翔林，李敏，叶保留等.Linux操作系统实验教程.北京：高等教育出版社，2009附录：#include #include #include #include #include using namespace std ; /进程的状态#define UNREADY 0 /未就绪#define READY 1 /就绪#define EXECUTE 2 /执行#define END 3 /完成 /进程的PCB结构类型定义和结构变量说明struct ProcessPcb ProcessPcb() nex
10、t=NULL; char pro_name20; /进程的名字 int time_submit ; /提交时间,从时间的1开始计时 int time_exe ; /进程所需的运行时间 int pro_id ; /进程ID(系统生成) int pro_priority ; /进程优先级 int time_start ; /开始执行的时间 int time_end ; /结束的时间 int time_wait ; /等待的时间 int pro_state ; /进程的状态 (就绪，执行，完成) int time_left ; /还需多少时间单位,初始化为所需的执行时间 int time_turn
11、; /周转时间 double time_aver ; /带权周转时间 ProcessPcb *next; /封装CPU调度与分配程序模块。进程类class CpuModel public: CpuModel() pcbnum=0; void cpurun(); /cpu模拟运行函数 bool CreatePcb(); /进程输入函数 void ShowPcb(); /将输入的进程展示出来 void PriModel(); /可强占的优先进程调度模式 void FcfsModel(); /先到先服务调度模式 private: ProcessPcb PcbList100; /按提交时间排的未就绪进
12、程队列 int pcbnum ; /进程数量 int freetime ; /cpu空闲时间 int allturn ; /总周转时间 float allaver ; /总带权周转时间;#include /cpu模拟运行函数void CpuModel:cpurun() int choose = 0 ; while(1) cout* 主菜单 *endl; cout-endl; cout* 1: 创建进程 *endl; cout* 2: 显示已创建的进程 *endl; cout* 3: 可强占的优先进程调度 *endl; cout* 4: 先到先服务调度 *endl; cout* 5: 退出系统
13、*endl; coutchoose ; coutendl ; switch(choose) case 1: CreatePcb(); /创建进程 break; case 2: ShowPcb(); /显示已创建的进程 break; case 3: PriModel(); /可强占的优先进程方式 break; case 4: FcfsModel(); /先到先服务调度方式 break; case 5: return ; /结束程序 coutendl; /按进程提交时间排序的比较函数bool cmp(ProcessPcb a,ProcessPcb b) if(a.time_submit0&a0=9
14、) num=a0-0; else return -1; for(i=1;i=0&ai=9) num=num*10+ai-0; else return -1; return num; /进程输入函数bool CpuModel:CreatePcb() char num10; coutnum; /输入进程个数 pcbnum=isnumber(num); if(pcbnum=0) cout*输入有错*n; return 0; int i; for(i=0;ipcbnum;i+) /输入进程信息 cout*请依次输入第i+1个进程的信息*endl ; coutPcbListi.pro_name ; co
15、utnum; PcbListi.time_submit=isnumber(num); if(PcbListi.time_submit=0) cout*输入有错*n; return 0; coutnum; PcbListi.time_exe=isnumber(num); if(PcbListi.time_exe=0) cout*输入有错*n; return 0; PcbListi.time_left=PcbListi.time_exe; /设置剩余执行时间 PcbListi.pro_state=UNREADY; /设置状态为未就绪 PcbListi.pro_priority=100-PcbLis
16、ti.time_exe; /设置优先级，优先级=100-执行时间 coutendl ; sort(PcbList,PcbList+pcbnum,cmp); /按提交时间排序 for(i=0;ipcbnum;i+) PcbListi.pro_id=i+1; /设置Id,根据提交时间 return 1; /展示所需执行进程信息void CpuModel:ShowPcb() int i; coutn*所需执行的进程信息如下*n; for(i=0;ipcbnum;i+) cout 进程编号: PcbListi.pro_id 进程名字: PcbListi.pro_name 提交时间: PcbListi.
17、time_submit 执行时间: PcbListi.time_exe 优先级数： PcbListi.pro_priorityendl ; coutendl; /可强占的优先进程调度模式void CpuModel:PriModel() coutnext=NULL; /head 指针不用，head-next开始为就绪队列 /模拟cpu开始工作 while(head-next!=NULL|pnumpcbnum) Sleep(1000); time+; /时间片为1 cout*Time: 第time秒endl; /打印 / 进程就绪（查看未就绪的进程中在该时间片是否可以进入就绪队列） while(p
18、numpcbnum & PcbListpnum.time_submitnext=head-next; /插在head之后 head-next=pcb; /查找在time时间片应该运行的进程 if(head-next=NULL) cout 没有可运行的进程next; pcb1=head-next; /查找当前优先级最高的就绪进程 while(pcb1-next!=NULL) if(pcb-pro_prioritynext-pro_priority) pcb2=pcb1; pcb=pcb1-next; pcb1=pcb1-next; /运行优先级最高的进程 if(pcb-time_left=pcb
19、-time_exe) /该进程是否已开始 pcb-time_start=time; /设置开始时间 pcb-pro_state=EXECUTE; /设置状态为执行 pcb-pro_priority=pcb-pro_priority-3; /优先级数减3 pcb-time_left-; /剩余执行时间减去时间片1 /打印该进程信息 cout 进程编号: pro_id 进程名字: pro_name 提交时间: time_submit 执行时间: time_exe n 开始时间: time_start 还剩时间: time_left 优先级数： pro_prioritytime_left=0) pc
20、b2-next=pcb2-next-next;/将其在就绪队列中出列 pcb-time_end=time; /设置结束时间 pcb-time_turn=pcb-time_end-pcb-time_submit+1; /计算周转时间 pcb-time_aver=pcb-time_turn/(double)pcb-time_exe; /计算带权周转时间 pcb-pro_state=END; coutn进程pro_id运行结束：n 进程名字: pro_name 提交时间: time_submit 执行时间: time_exe 开始时间: time_start 结束时间: time_endn 周转时间
21、: time_turn带权周转时间: time_averendl ; /模拟CPU工作结束 coutn 所有进程运行完毕！endl; double c=(time-freetime)/(double)time*100; coutn cpu利用率：c%endl; /可强占的优先进程调度模式结束 /先到先服务调度模式void CpuModel:FcfsModel() cout*先到先服务进程调度过程如下*n; freetime=0; /初始化系统空闲时间为0 int time=0; /时间 int pnum=0; /已就绪进程数目 ProcessPcb que100; /就绪队列 int quef
22、=0,quee=0; /就绪队列的头指针和尾指针 /模拟cpu开始工作 while(quefquee|pnumpcbnum) Sleep(1000); time+; /时间片为1 cout*Time: 第time秒endl; /打印 /进程就绪（查看未就绪的进程中在该时间片是否可以进入就绪队列） while(pnumpcbnum & PcbListpnum.time_submit=time) quequee+=PcbListpnum+; /查找time时间片的运行进程 if(quef=quee) cout 没有可运行的进程endl; freetime+; else /运行进程 if(quequ
23、ef.time_left=quequef.time_exe) /该进程是否已开始 quequef.time_start=time; /设置开始时间 quequef.pro_state=EXECUTE; /设置状态为执行 quequef.time_left-; /剩余执行时间减去时间片1 /打印进程信息 cout 进程编号: quequef.pro_id 进程名字: quequef.pro_name 提交时间: quequef.time_submit 执行时间: quequef.time_exe n 开始时间: quequef.time_start 还剩时间: quequef.time_leftendl ;
