一、目的和要求
1. 實驗目的
（1）加深對作業排程演算法的理解；
（2）進行程式設計的訓練。
2．實驗要求
用高階語言編寫一個或多個作業排程的模擬程式。
單道批處理系統的作業排程程式。作業一投入執行，它就佔有計算機的一切資源直到作業完成為止，因此排程作業時不必考慮它所需要的資源是否得到滿足，它所執行的時間等因素。
作業排程演算法：
1) 採用先來先服務（FCFS）排程演算法，即按作業到達的先後次序進行排程。總是首先排程在系統中等待時間最長的作業。
2) 短作業優先 (SJF) 排程演算法，優先排程要求執行時間最短的作業。
3) 響應比高者優先(HRRN)排程演算法，為每個作業設定一個優先權(響應比)，排程之前先計算各作業的優先權，優先數高者優先排程。RP (響應比)＝ 作業週轉時間 / 作業執行時間=1+作業等待時間/作業執行時間
每個作業由一個作業控制塊JCB表示，JCB可以包含以下資訊：作業名、提交（到達）時間、所需的執行時間、所需的資源、作業狀態、鏈指標等等。
作業的狀態可以是等待W（Wait）、執行R（Run）和完成F（Finish）三種之一。每個作業的最初狀態都是等待W。
一、 模擬資料的生成
1． 允許使用者指定作業的個數（2-24），預設值為5。
2． 允許使用者選擇輸入每個作業的到達時間和所需執行時間。
3． （**）從檔案中讀入以上資料。
4． （**）也允許使用者選擇通過偽隨機數指定每個作業的到達時間（0-30）和所需執行時間（1-8）。
二、 模擬程式的功能
1． 按照模擬資料的到達時間和所需執行時間，執行FCFS, SJF和HRRN排程演算法，程式計算各作業的開始執行時間，各作業的完成時間，週轉時間和帶權週轉時間（週轉係數）。
2． 動態演示每排程一次，更新現在系統時刻，處於執行狀態和等待各作業的相應資訊（作業名、到達時間、所需的執行時間等）對於HRRN演算法，能在每次排程時顯示各作業的響應比R情況。
3． （**）允許使用者在模擬過程中提交新作業。
4． （**）編寫並排程一個多道程式系統的作業排程模擬程式。 只要求作業排程演算法：採用基於先來先服務的排程演算法。 對於多道程式系統，要假定系統中具有的各種資源及數量、排程作業時必須考慮到每個作業的資源要求。
三、 模擬資料結果分析
1． 對同一個模擬資料各演算法的平均週轉時間，週轉係數比較。
2． （**）用曲線圖或柱形圖表示出以上資料，分析演算法的優點和缺點。
四、 實驗準備
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序號 |
準備內容 |
完成情況 |
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1 |
什麼是作業？ |
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2 |
一個作業具備什麼資訊？ |
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3 |
為了方便模擬排程過程，作業使用什麼方式的資料結構存放和表示？JCB |
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4 |
作業系統中，常用的作業排程演算法有哪些？ |
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5 |
如何程式設計實現作業排程演算法？ |
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6 |
模擬程式的輸入如何設計更方便、結果輸出如何呈現更好？ |
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五、 其他要求
1． 完成報告書，內容完整，規格規範。
2． 實驗須檢查，回答實驗相關問題。
注：帶**號的條目表示選做內容。
二、實驗內容
根據指定的實驗課題，完成設計、編碼和除錯工作，完成實驗報告。
三、實驗環境
可以採用TC，也可以選用Windows下的利用各種控制元件較為方便的VB，VC等視覺化環境。也可以自主選擇其他實驗環境。
四、實驗原理及核心演算法參考程式段
單道FCFS演算法：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#define MAX 100
typedef struct
{
char name[4];//程式名
int starttime;//到達系統時間
int needtime;//執行時間
int runtime;//週轉時間
int endtime;//完成時間
int waittime;//等待時間
double XYB;//響應比
double DQZZ_Time;//帶權週轉時間
}pr;
pr a[MAX];
void input(int n)
{
int i;
for(i=0;i<n;i++)
{
printf("name:");
scanf("%s",&a[i].name);
printf("\n");
printf("starttime:");
scanf("%d",&a[i].starttime);
printf("\n");
printf("needtime:");
scanf("%d",&a[i].needtime);
printf("\n");
}
}
void FCFS(int n)//先來先服務
{
int i,j,time1,time2;
char temp[4];
for(i=0;i<n-1;i++)
{
for(j=0;j<n-i-1;j++)
if(a[j].starttime>a[j+1].starttime)
{
time1=a[j].starttime;//開始時間進行互換
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;//CPU時間換
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name); //把從src地址開始且含有'\0'結束符的字串複製到以dst開始的地址空間。
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
for(i=0;i<n;i++)
{
//第一個程式
if(i==0)
{
a[i].runtime=a[i].needtime;
a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].runtime;
}
else
{
if(a[i].starttime>a[i-1].endtime)
{
a[i].runtime=a[i].needtime;
a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].runtime;
}
else
{
a[i].runtime=a[i].needtime+a[i-1].endtime-a[i].starttime;
a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].runtime;
}
}
a[i].DQZZ_Time=a[i].runtime*1.0/a[i].needtime;
}
}
//最短作業優先，假設在前3個作業執行完之前所有作業均已到達
void SJF(int n)
{
int i,j,time1,time2;
int b=0,c=0,d=0;
char temp[4];
//先按到達時間排序
for(i=0;i<n-1;i++)
{
for(j=0;j<n-i-1;j++)
if(a[j].starttime>a[j+1].starttime)
{
time1=a[j].starttime;
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name);
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
a[0].endtime=a[0].starttime+a[0].needtime;
for(i=1;i<n;i++)
{
if(a[i].starttime<a[0].endtime)
b++; //作業到達但第0個作業還在執行時
//用b統計需等待作業0執行的作業個數
}
for(i=1;i<b+1;i++)
{//已經到達的但要等待第0個作業執行完的作業按最短執行時間排序
for(j=1;j<b+1-1;j++)
{
if(a[j].needtime>a[j+1].needtime)
{
time1=a[j].starttime;
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name);
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
}
if(a[1].starttime>a[0].endtime) a[1].endtime=a[1].starttime+a[1].needtime;
else a[1].endtime=a[0].endtime+a[1].needtime;
for(i=2;i<n;i++)
{
if(a[i].starttime<a[1].endtime)
c++; //作業到達但第1個作業還在執行時
//用c統計需等待作業1執行的作業個數
}
for(i=2;i<c+2;i++)
{//已經到達的但要等待第1個作業執行完的作業按最短執行時間排序
for(j=2;j<c+2-1;j++)
{
if(a[j].needtime>a[j+1].needtime)
{
time1=a[j].starttime;
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name);
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
}
if(a[2].starttime>a[1].endtime) a[2].endtime=a[2].starttime+a[2].needtime;
else a[2].endtime=a[1].endtime+a[2].needtime;
for(i=3;i<n;i++)
{
if(a[i].starttime<a[2].endtime)
d++; //作業到達但第2個作業還在執行時
//用d統計需等待作業2執行的作業個數
}
for(i=3;i<d+3;i++)
{//已經到達的但要等待第2個作業執行完的作業按最短執行時間排序
for(j=3;j<d+3-1;j++)
{
if(a[j].needtime>a[j+1].needtime)
{
time1=a[j].starttime;
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name);
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
}
for(i=0;i<n;i++)
{
if(a[i].starttime>a[i-1].endtime)
{
a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].needtime;
a[i].runtime=a[i].needtime;
}
else
{
a[i].endtime=a[i-1].endtime+a[i].needtime;
a[i].runtime=a[i].endtime-a[i].starttime;
}
a[i].DQZZ_Time=a[i].runtime*1.0/a[i].needtime;
}
}
//最高響應比優先,只寫了按到達時間的順序前4個作業有效
void HRRF(int n)
{
int i,j,time1,time2;
char temp[4];
//先按到達時間排序
for(i=0;i<n-1;i++)
{
for(j=0;j<n-i-1;j++)
if(a[j].starttime>a[j+1].starttime)
{
time1=a[j].starttime;
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name);
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
a[0].endtime=a[0].starttime+a[0].needtime;
for(i=1;i<n;i++)
{
a[i].waittime=a[0].endtime-a[i].starttime;
a[i].XYB=1+(a[i].waittime/a[i].needtime);
}
//執行完作業0後，剩下的作業按響應比高到低排序
for(i=1;i<n-1;i++)
{
for(j=1;j<n-i-1;j++)
{
if(a[j].XYB<a[j+1].XYB)
{
time1=a[j].starttime;
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name);
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
}
a[1].endtime=a[0].endtime+a[1].needtime;
for(i=2;i<n;i++)
{
a[i].waittime=a[1].endtime-a[i].starttime;
a[i].XYB=1+(a[i].waittime/a[i].needtime);
}
//執行完作業1後，剩下的作業按響應比高到低排序
for(i=2;i<n-1;i++)
{
for(j=2;j<n-i-1;j++)
{
if(a[j].XYB<a[j+1].XYB)
{
time1=a[j].starttime;
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name);
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
}
a[2].endtime=a[1].endtime+a[2].needtime;
for(i=3;i<n;i++)
{
a[i].waittime=a[2].endtime-a[i].starttime;
a[i].XYB=1+(a[i].waittime/a[i].needtime);
}
//執行完作業2後，剩下的作業按響應比高到低排序
for(i=3;i<n-1;i++)
{
for(j=3;j<n-i-1;j++)
{
if(a[j].XYB<a[j+1].XYB)
{
time1=a[j].starttime;
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name);
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
}
a[3].endtime=a[2].endtime+a[3].needtime;
for(i=4;i<n;i++)
{
a[i].waittime=a[3].endtime-a[i].starttime;
a[i].XYB=1+(a[i].waittime/a[i].needtime);
}
//執行完作業3後，剩下的作業按響應比高到低排序
for(i=4;i<n-1;i++)
{
for(j=4;j<n-i-1;j++)
{
if(a[j].XYB<a[j+1].XYB)
{
time1=a[j].starttime;
a[j].starttime=a[j+1].starttime;
a[j+1].starttime=time1;
time2=a[j].needtime;
a[j].needtime=a[j+1].needtime;
a[j+1].needtime=time2;
strcpy(temp,a[j].name);
strcpy(a[j].name,a[j+1].name);
strcpy(a[j+1].name,temp);
}
}
}
for(i=0;i<n;i++)
{
if(a[i].starttime>a[i-1].endtime)
{
a[i].endtime=a[i].starttime+a[i].needtime;
a[i].runtime=a[i].needtime;
}
else
{
a[i].endtime=a[i-1].endtime+a[i].needtime;
a[i].runtime=a[i].endtime-a[i].starttime;
}
a[i].DQZZ_Time=a[i].runtime*1.0/a[i].needtime;
}
}
void output(int n)
{
int sum_Time=0;//作業總週轉時間
double sum_DQ=0;//作業總帶權週轉時間
int i;
printf("\tname starttime needtime runtime endtime \tDQZZ_Time\n");
for(i=0;i<n;i++)
{
printf("%8s%10d%10d%10d%10d\t%10lf\n",a[i].name,a[i].starttime,a[i].needtime,a[i].runtime,a[i].endtime,a[i].DQZZ_Time);
sum_Time+=a[i].runtime;
sum_DQ+=a[i].DQZZ_Time;
}
printf("平均作業週轉時間為:%.2lf\n",sum_Time*1.0/n);
printf("平均帶權作業週轉時間為:%.2lf\n",sum_DQ*1.0/n);
printf("\n");
}
int main()
{
int n,i;
printf("請輸入程式數n:");
scanf("%d",&n);
input(n);
output(n);
while(1)
{
printf("1.先來先服務FCFS\n2.最短作業優先SJF\n3.最高響應比優先\n4.退出\n");
scanf("%d",&i);
if(i==1)
{
printf("\t\t\t\t1.先來先服務FCFS\n");
FCFS(n);
output(n);
}
if(i==2)
{
printf("\t\t\t\t2.最短作業優先SJF\n");
SJF(n);
output(n);
}
if(i==3)
{
printf("\t\t\t\t3.最高響應比優先\n");
HRRF(n);
output(n);
}
if(i==4)
{
exit(0);
}
}
}
