操作系统第三次实验：进程调度

前言

为了帮助同学们完成痛苦的实验课程设计，本作者将其作出的实验结果及代码贴至优快云中，供同学们学习参考。如有不足或描述不完善之处，敬请各位指出，欢迎各位的斧正！

一、实验目的

无论是批处理系统、分时系统还是实时系统，用户进程数一般情况下用户进程数都大于处理机数，这将导致用户进程互相争夺处理机。这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理及分配给处于就绪队列中的某一进程，以使之执行。进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求采用最高优先级优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算法编写和调试一个简单的进程调度程序。通过本实验可以加深理解有关进程控制块、进程队列的概念。并体会了优先数和先来先服务调度算法的具体实施办法。

二、实验环境

实验机房软件Ubuntu和在VMware虚拟机上安装的Linux操作系统。

三、相关知识提示（原理）

1.进程调度算法

采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算法（将用户作业和就绪进程按提交顺序或变为就绪状态的先后排成队列，并按照先来先服务的方式进行调度处理）。

2.进程控制块

每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。
进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为进程输入的时间。
进程的运行时间以时间片为单位进行计算。
每个进程的状态可以是就绪 W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。

3.资源

资源包括资源ID、资源状态（是否被占用）、使用资源的进程ID、进程指针以及使用时间。
程序规定CPU资源数为1，既所有进程只能请求同一资源，如果所请求资源已被占用，则进程进入阻塞队列等待资源。

4.CPU

CPU包括执行中的进程指针、就绪队列、阻塞队列、CPU资源、进程数、阻塞进程数以及CPU运行时间。
就绪进程获得 CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1来表示。 如果运行一个时间片后，进程的已占用 CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。
每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的 PCB，以便进行检查。 重复以上过程，直到所要进程都完成为止。

四、实验程序清单

分析和完善下面的进程调度程序，写出运行结果并作分析，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解。
附代码：

#include "stdio.h" 
#include <stdlib.h> 
#define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)) 
struct pcb 
{
	char name[10];
	char state;
	int super;
	int ntime;
	int rtime;
	struct pcb* link;
}
*ready = NULL, *p;
typedef struct pcb PCB;
void sort()
{
	PCB* first, * second;
	int insert = 0;
	if ((ready == NULL) || ((p->super) > (ready->super)))
	{
		p->link = ready;
		ready = p;
	}
	else 
	{
		first = ready;
		second = first->link;
		while (second != NULL)
		{
			if ((p->super) > (second->super)) 
			{ 
				p->link = second;
				first->link = p;
				second = NULL;
				insert = 1;
			}
			else 
			{
				first = first->link;
				second = second->link;
			}
		}
		if (insert == 0) first->link = p;
	}
}
void input() 
{
	int i, num;
	printf("\n 请输入被调度的进程数目：");
	scanf("%d", &num);
	for (i = 0; i < num; i++)
	{
		printf("\n 进程号No.%d:\n", i);
		p = getpch(PCB); ; 
		printf("\n 输入进程名:");
		scanf("%s", p->name);
		printf("\n 输入进程优先数:");
		scanf("%d", &p->super);
		printf("\n 输入进程运行时间:");
		scanf("%d", &p->ntime);
		printf("\n");
		p->rtime = 0; p->state = 'w';
		p->link = NULL;
		sort(); 
	}
}
int space()
{
	int l = 0; PCB* pr = ready;
	while (pr != NULL)
	{
		l++;
		pr = pr->link;
	}
	return(l);
}
void disp(PCB* pr) 
{
	printf("\n qname \t state \t super \t ndtime \t runtime \n");
	printf("|%s\t", pr->name);
	printf("|%c\t", pr->state);
	printf("|%d\t", pr->super);
	printf("|%d\t", pr->ntime);
	printf("|%d\t", pr->rtime);
	printf("\n");
}
void check() 
{
	PCB* pr;
	printf("\n **** 当前正在运行的进程是:%s", p->name); 
	disp(p);
	pr = ready;
	printf("\n ****当前就绪队列状态为:\n");
	while (pr != NULL)
	{
		disp(pr);
		pr = pr->link;
	}
}
void destroy() 
{
	printf("\n 进程 [%s] 已完成.\n", p->name);
	free(p);
}
void running()
{
	(p->rtime)++;
	if (p->rtime == p->ntime)
	destroy(); 
	else
	{
		(p->super)--;
		p->state = 'w';
		sort(); 
	}
}
void main()
{
	int len, h = 0;
	char ch;
	input();
	len = space();
	while ((len != 0) && (ready != NULL))
	{
		ch = getchar();
		h++;
		printf("\n The execute number:%d \n", h);
		p = ready;
		ready = p->link;
		p->link = NULL;
		p->state = 'R';
		check();
		running();
		printf("\n 按任一键继续......");
		ch = getchar();
	}
	printf("\n\n 进程已经完成.\n");
	ch = getchar();
}

实验结果（含分析）

实验代码分析：

首先输入被调度的进程数，然后分别输入进程名、进程优先数、进程运行时间。
通过比较各程序的优先数super进行排序，优先处理优先数super大的进程，使super-1，其他进程停留在就绪队列中，然后重新将修改过的super进行排序。
当super减至super进程优先数减去ndtime进程运行时间时（即runtime运行时间=ndtime进程运行时间时），进程运行完成。
运行时，state指示框下为R(Run，运行状态)，否则为W(Wait，等待状态)。

实验总结

本实验使用的是进程优先数高者优先作业调度算法。进程优先数高者优先既考虑到短作业又考虑到长作业，按照用户指令的进程优先度依次序调用，使得每种作业都有被调用的可能，是一种折中的作业调度算法。