操作系统原理实验：使用动态优先权的进程调度算法的模拟

实验目的

通过动态优先权算法的模拟加深进程概念和进程调度过程的理解，并学习撰写规范的科学研究报告。

实验内容与要求

1．对N个进程采用动态优先权算法的进程调度；
2．每个用来标识进程的进程控制块PCB用结构描述，包括以下字段：进程标识数ID，进程优先数PRIORITY，进程已占用的CPU时间CPUTIME，进程还需占用的CPU时间ALLTIME，进程状态STATE等。
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．设置调度前的初始状态。
5．将每个时间片内的进程情况显示出来。

实验原理

模拟通过MLFQ（多级反馈队列）算法实现的动态优先权进程调度。根据上面的实验要求，结合实际计算机系统的情况，适当改写算法规则。
调度的规则是：
对两个任务A、B，
（1）如果A的优先级更高，则运行A，暂停B。
（2）如果优先级相同，则按FCFS的原则轮流运行。
（3）当系统接到新的任务时，该任务总被赋予最高优先级。
（4）一个任务每使用一个时间片，其优先级降低3级。
（5）一个任务每暂停一个时间片，其优先级增加1级。
另外，在实际的计算机系统中，由于我们无法得知一个进程何时结束，因此在进程控制块（PCB）中的“还需占用的CPU时间”一项不会被调度器考虑。
本模拟程序中，优先级分为4级。0级最高，3级最低。更低优先级的队列的时间片更长。每次都在最高优先级的队列中按照FCFS算法选择一个任务在此核心上运行。只有更高的优先级队列全为空时，一个较低优先级的队列的任务才会被运行。
每隔1 ms输出每个进程的信息，包括PID、已运行的毫秒数和进程状态（运行 / 就绪）。
本实验是对在单个核心上的进程调度的简单模拟。由于篇幅所限，未模拟进程请求IO等情形。
进程的初始状态通过随机算法来生成。输出进程信息时，可以通过注释或取消注释相应代码来设置按PID排序或按优先级排序。

代码

横向长度较长。建议复制到IDE中，最大化窗口后查看。

#include<cstdio>
#include<random>
#include<chrono>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<list>
#pragma warning(disable:4996)

const unsigned np = 64; //Number of processes.
const ptrdiff_t pmax = 3; //The maximum of priority.
const char* const process_state[] = {
   
    "Running", "Ready" };
std::uniform_int_distribution<int> upid(1, 9999); std::uniform_int_distribution<ptrdiff_t> upr(0, pmax);
std::uniform_int_distribution<unsigned> utime(1, 1000); std::default_random_engine dre;

//Process controllling block.
struct PCB {
   
    int pid; ptrdiff_t priority; unsigned runtime, runtime_max, last_alloc_time, state; };
std::vector<std::list<PCB*>> q; const std::list<PCB*> empty_list; PCB p[np], * r; std::vector<unsigned> out;
bool busy; //Whether this CPU core is busy.
unsigned n = np; //The number of processes remaining.
unsigned last_sched_ms; //last_sched_ms is the global elapsed time when last time slice allocating on a willing-to-run process occurred.
unsigned ms; //ms is the global runtime.
unsigned ts[pmax + 1]; //ts is the time slice of each queue. ms is the global runtime (ms) after the scheduler is activated.

//Print the info of a process.
inline void print(const PCB* const p) {
   
   
	printf("%4d | %12u | %16u | %8lld | %s\n", p->pid, p->runtime, p->runtime_max, p->priority, process_state[p->state]);
}

//inline bool output_cmp(const int& x, const int& y) { return p[x].pid < p[y].pid; }
inline bool output_cmp(const unsigned& x, const unsigned& y) {
   
    return p[x].priority < p[y].priority; }

//P