(操作系统实验)结合PCB模拟进程就绪、运行、等待三种状态切换的实验

本文介绍了一个使用Java实现的简单进程模拟程序。该程序通过创建和管理PCB(进程控制块)来模拟进程的状态转换,包括创建、销毁、挂起、激活和时间片到等情况。用户可以通过交互菜单控制进程的状态。

算法设计

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编程环境

Java8+Windows10+记事本

代码文件架构

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详细代码

PCB.java


public class PCB{

	private String pid;//进程号
	private String state;//进程状态:就绪,运行,等待,待创建
	
	public void setPid(String pid){this.pid = pid;}
	public String getPid(){return this.pid;}

	public void setState(String state){this.state = state;}
	public String getState(){return this.state;}
}

ProcessState.java

import java.util.*;
import java.io.*;

public class ProcessState{
	
	private ArrayList<PCB> pcbList = new ArrayList<>();
	
	public static void main(String[] args){
		ProcessState ps = new ProcessState();
		ps.readPCB();
		
		ps.run();
	}
	
	//从文件in.txt读入pcb,放入pcb池子中
	public void readPCB(){
		try{
			FileReader fr = new FileReader("in.txt");
			BufferedReader br = new BufferedReader(fr);
				
			String line = null;
			while((line = br.readLine()) != null){
				String[] tmp = line.split(" ");
				PCB pcb = new PCB();
				pcb.setPid(tmp[0]);
				pcb.setState(tmp[1]);

				pcbList.add(pcb);	
			}
			
			br.close();
			fr.close();

		}catch(IOException e){
			e.printStackTrace();
		}
		
	}
	

	//通过PCB队列的组织管理来模拟进程就绪、运行、等待等状态之间的切换
	public void run(){
		//当前格局
		printCurrentState();

		Scanner scan = new Scanner(System.in);
		String choice = null;
		while(true){
			menu();
			System.out.print("请输入您的选择:");
			choice = scan.next();
			switch(choice){
				case "0":
					System.out.println("您已经退出了模拟实验,欢迎再来!");
					System.exit(0);
				case "1":
					createProcess();
					break;
				case "2":
					destroyProcess();
					break;
				case "3":
					hangUpProcess();
					break;
				case "4":
					activateProcess();
					break;
				case "5":
					timeUp();
					break;
				default:
					System.out.println("您输入错误,请重新输入!");
					break;
					
			}
			
			runProcess();//不管怎么选择,总得有个进程运行吧!
				
			//打印当前格局
			printCurrentState();

		}
	}

	//与用户交互菜单
	public void menu(){
		System.out.println("*************欢迎来模拟实验**************");
		System.out.println("1>>>>>>>>>>>>>>>>>>>创建进程");
		System.out.println("2>>>>>>>>>>>>>>>>>>>销毁进程");
		System.out.println("3>>>>>>>>>>>>>>>>>>>挂起进程");
		System.out.println("4>>>>>>>>>>>>>>>>>>>激活进程");
		System.out.println("5>>>>>>>>>>>>>>>>>>>时间片到");
		System.out.println("0>>>>>>>>>>>>>>>>>>>退出");
	}

	//打印当前格局
	public void printCurrentState(){
	
		System.out.println("----------------------------------------------");
		System.out.println("进程号	进程状态");
		System.out.println("----------------------------------------------");
		for(int i = 0; i < pcbList.size(); i++){
			System.out.println(pcbList.get(i).getPid()+"	"+pcbList.get(i).getState());
		}
		System.out.println("----------------------------------------------");
		System.out.println();
	}

	//运行进程
	public void runProcess(){
		//先判断有没有进程在运行
		boolean flag = false;
		for(int i = 0; i < pcbList.size(); i++){
			if(pcbList.get(i).getState().equals("运行")){
				flag = true;
				break;
			}
		}
		//如果当前没有进程在运行,就随便选一个进程运行(这是为了简化进程调度)
		if(flag == false){
			for(int i = 0; i < pcbList.size(); i++){
				if(pcbList.get(i).getState().equals("就绪")){
					pcbList.get(i).setState("运行");
					break;
				}
			}
		}
	}

	//创建进程
	public void createProcess(){

		for(int i = 0; i < pcbList.size(); i++){
			if(pcbList.get(i).getState().equals("待创建")){
				pcbList.get(i).setState("就绪");
				System.out.println("您创建的进程是"+pcbList.get(i).getPid());
				break;
			}
		}
	}

	//销毁进程
	public void destroyProcess(){
		for(int i = 0; i < pcbList.size(); i++){
			if(pcbList.get(i).getState().equals("运行")){
				pcbList.get(i).setState("销毁");
				System.out.println("您强制销毁了当前运行的进程"+pcbList.get(i).getPid());
				break;
			}
		}
	}

	//挂起进程
	public void hangUpProcess(){
		for(int i = 0; i < pcbList.size(); i++){
			if(pcbList.get(i).getState().equals("运行")){
				pcbList.get(i).setState("等待");
				System.out.println("您挂起了当前运行的进程"+pcbList.get(i).getPid());
				break;
			}
		}
	}

	//激活进程
	public void activateProcess(){
		for(int i = 0; i < pcbList.size(); i++){
			if(pcbList.get(i).getState().equals("等待")){
				pcbList.get(i).setState("就绪");
				System.out.println("您激活了等待进程"+pcbList.get(i).getPid());
				break;
			}
		}
	}

	//时间片到
	public void timeUp(){
		for(int i = 0; i < pcbList.size(); i++){
			if(pcbList.get(i).getState().equals("运行")){
				pcbList.get(i).setState("就绪");
				System.out.println("进程"+pcbList.get(i).getPid()+"的时间片到,转为就绪状态");
				break;
			}
		}
	}
}

测试数据:
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实验结果

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1.目的: 自行编制模拟程序,通过形象化的状态显示,深入理解进程的概念、进程之间的状态转换及其所带来的PCB内容 、组织的变化,理解进程与其PCB间的一一对应关系。 2. 内容及要求: 1) 设计并实现一个模拟进程状态转换及其相应PCB内容、组织结构变化的程序。 2) 独立编写、调试程序。进程的数目、进程状态模型(三状态、五状态、七状态或其它)以及PCB的组织形式可自行选择。 3) 合理设计与进程PCB相对应的数据结构。PCB的内容要涵盖进程的基本信息、控制信息、资源需求及现场信息。 4) 设计出可视性较好的界面,应能反映出进程状态的变化引起的对应PCB内容、组织结构的变化。 5) 代码书写要规范,要适当地加入注释。 6) 认真进行预习,完成预习报告。 7) 实验完成后,要认真总结,完成实验报告。 3.使用的数据结构及说明: 在本实验中,主要用到的数据结构是PCB的结构,其中PCB的数据结构如下: struct PCB { int P_Id; //PCB的ID号 char P_Name[10]; //PCB的名称 char P_State[10]; //PCB状态 int P_Runtime; //PCB的所需要的运行时间 int P_Requiry; //PCB所需要的资源要求 struct PCB * next ; //PCB块的下一个指针 } ; 其中,P_Id,和P_Name用来标示一个进程,而P_State用来标示进程的五种状态:Create_state,Ready_state,Block_state,Run_state,Exit_state。P_Runtime标示要完成一个进程所需要的时间。P_Requiry标示一个进程的执行所需要的其他条件,当其他的条件满足,则P_Requiry置1,否则置0。Struct PCB * next 用来指向同一队列中的下一个PCB块。
流程图,代码,截图三、程序源代码: #include"stdlib.h" #include"stdio.h" #include"string.h" /********** globle structure and viable ******/ struct PCB { int P_Id; //PCB的ID号 char P_Name[10]; //PCB的名称 char P_State[10]; //PCB状态 int P_Runtime; //PCB的所需要的运行时间 int P_Requiry; //PCB所需要的资源要求 struct PCB * next ; //PCB块的下一个指针 } ; struct PCB * Create_state; //创建状态 struct PCB * Run_state; //运行状态 struct PCB * Ready_state; //就绪状态 struct PCB * Block_state; //阻塞状态 struct PCB * Exit_state; //退出状态 int signal4=0; //标示进程4的完成状态 int signal5=0; //标示进程5的完成状态 void InsertQueue(struct PCB **head,struct PCB *node) /* insert node function */ { struct PCB * p,*q; node->next=NULL; if(*head==NULL) //如果队列为空 { *head=node; } Else //队列不空 { p=*head; q=p->next; while(q!=NULL) //找到最后的元素位置 { p=q; q=q->next; } p->next=node; //将节点插入队列 } } void DeleteQueue(struct PCB **head,struct PCB *node) //撤销进程,从队列中删除元素 { struct PCB *p,*q; q=*head; if(*head==NULL||node==NULL) //如果队列为空,返回 return ; if(*head==node) //如果要删除的元素是队首元素 { *head=(*head)->next; return; } Else //如果不是队列的首元素 { while(q->next!=p&&q->next!=NULL) q=q->next; q=p->next; p->next=NULL; } } void Display_Process(struct PCB * node) //打印进程状态的元素函数 { printf("\n\nthis process Id is : %d \n",node->P_Id); printf("this process name is : %s \n",node->P_Name); printf("this process state is : on %s \n ",node->P_State); printf("this process Runtime is : %d \n",node->P_Runtime); if(node->P_Requiry) printf("this process resource is ready \n"); else printf("this process resource is not ready ! \n"); } void DispatchToBlock(struct PCB *node) // /* dispatch to block function*/ { //调度到阻塞状态的函数 //struct PCB *p=(struct PCB *)malloc(sizeof(struct PCB)); if(!node->P_Requiry) //如果所需要的资源没有满足则,调度到阻塞状态 { strcpy(node->P_State,"block"); InsertQueue(&Block_state,node); //插入到阻塞队列 Display_Process(node); } } void DispatchToReady(struct PCB *node) // dispatch to ready state { //调度到就绪状态的函数 if(node->P_Requiry) //如果所需的资源满足,则调度 { strcpy(node->P_State,"Ready"); InsertQueue(&Ready_state,node); Display_Process(node); } } void DispatchBlockToReady() //dispatch the process to readyqueue { //从阻塞状态调度到就绪状态函数 struct PCB*p,*q; q=Block_state; while(q!=NULL) //如果阻塞状态队列不空 { p=q; q=q->next; if(signal4&&p->P_Id==4) //如果所需要的资源满足 { DeleteQueue(&Block_state,p); strcpy(p->P_State,"ready"); InsertQueue(&Ready_state,p); printf("process4 will be in the state of ready!\n"); Display_Process(p); } if(signal5&&p->P_Id==5) { DeleteQueue(&Block_state,p); strcpy(p->P_State,"ready"); InsertQueue(&Ready_state,p); printf("process5 will be in the state of ready!\n"); Display_Process(p); } } } void Create_Process() //创建进程函数 { int i; struct PCB *p; char name[10]; strcpy(name,"process"); for(i=1;iP_Id=i; name[7]=i+'0'; name[8]='\0'; strcpy(p->P_Name,name); strcpy(p->P_State,"create"); p->P_Runtime=1; //所需要的时间片为1 p->P_Requiry=0; Display_Process(p); sleep(4); printf(" \n process%d will be in the state of Block, waiting the resource ready \n\n",i); DispatchToBlock(p); //同时调度到阻塞队列 } for(i=3;iP_Id=i; name[7]=i+'0'; name[8]='\0'; strcpy(p->P_Name,name); strcpy(p->P_State,"create"); p->P_Requiry=1; if(i==6) //在这里个进程6所需要的时间片为2 p->P_Runtime=2; else p->P_Runtime=1; Display_Process(p); sleep(4); printf(" \n process%d will be in the state of Ready, waiting to run \n\n",i); DispatchToReady(p); } } void display(struct PCB **head) //打印各个状态队列里进程数目 { struct PCB *p,*q; p=*head; while(p!=NULL) { sleep(2); //printf("\n\n///////////////////////////////////\n"); printf("\n\nthis process Id is : %d \n",p->P_Id); printf("this process name is : %s \n",p->P_Name); printf("this process state is : on %s \n ",p->P_State); printf("this process Runtime is : %d \n",p->P_Runtime); if(p->P_Requiry) printf("this process resource is ready \n"); else printf("this process resource is not ready ! \n"); p=p->next; } } void Process_Run() //进程运行函数 { struct PCB *p,*q; p=Ready_state; q=p; while(p!=NULL) //就绪队列不空则继续执行 { if(p->P_RuntimeP_State,"running"); Display_Process(p); p->P_Runtime=p->P_Runtime-1; sleep(4); if(p->P_Runtime>0) //没有完成,则进入就绪队列 { printf("this process is not finished,will be dispatch to the ready queue!!\n"); DeleteQueue(&Ready_state,p); strcpy(p->P_State,"ready"); InsertQueue(&Ready_state,p); Display_Process(p); } Else //执行完成,则跳出,并发送相应的信息 { printf("\n\nProcess%d is finished and will be in the state of exit!\n\n",p->P_Id); if(p->P_Id==4) signal4=1; if(p->P_Id==5) signal5=1; } if(signal4||signal5) DispatchBlockToReady(); //如果资源满足,则将进程调度到就绪队列 q=q->next; p=q; } if(q==NULL) printf("\nthere is no process ready!\n STOP Machine!!!\n"); } int main(int argc,char * argv[]) //主函数 { int i; char c='c'; //界面 printf("\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ \n"); printf("...................................Ding Hai bo\n"); printf("......Press s to start the process.......\n"); scanf("%c",&c); while(1) { if(c=='s')break; scanf("%c",&c); } Create_Process(); //调用创建进程函数 printf("\n>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>\n"); printf("\n>>>>>>> Display the Ready queue >>>>>>>>>>>>>>>\n"); sleep(5); display(&Ready_state); ////////////////显示就绪队列里的进程 printf("\n>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>\n"); printf("\n>>>>>>>> Display the Block queue >>>>>>>>>>>>\n"); sleep(5); //显示阻塞队列函数 display(&Block_state); ///////////////////// printf("\n>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>\n\n\n"); printf("\n>>>>>>>> Now the process start to run >>>>>>>>>>>\n"); sleep(5); Process_Run(); //调用进程运行函数 } 都有
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