0512作業系統之程式排程

15林志傑發表於2016-05-12
作業系統

 

實驗三 程式排程模擬程式

1.    目的和要求

1.1.           實驗目的

用高階語言完成一個程式排程程式，以加深對程式的概念及程式排程演算法的理解。

1.2.           實驗要求

1.2.1例題：設計一個有 N個程式併發執行的程式排程模擬程式。

程式排程演算法：採用最高優先順序優先的排程演算法（即把處理機分配給優先順序最高的程式）和先來先服務（若優先順序相同）演算法。

(1).  每個程式有一個程式控制塊（PCB）表示。程式控制塊包含如下資訊：程式名、優先順序、到達時間、需要執行時間、已用CPU時間、程式狀態等等。

(2).  程式的優先順序及需要的執行時間可以事先人為地指定，程式的執行時間以時間片為單位進行計算。

(3).  每個程式的狀態可以是就緒 r（ready）、執行R（Running）、或完成F（Finished）三種狀態之一。

(4).  就緒程式獲得 CPU後都只能執行一個時間片。用已佔用CPU時間加1來表示。

(5).  如果執行一個時間片後，程式的已佔用 CPU時間已達到所需要的執行時間，則撤消該程式，如果執行一個時間片後程式的已佔用CPU時間還未達所需要的執行時間，也就是程式還需要繼續執行，此時應將程式的優先數減1（即降低一級），然後把它插入就緒佇列等待排程。

(6).  每進行一次排程程式都列印一次執行程式、就緒佇列中各個程式的 PCB，以便進行檢查。 　　

(7).  重複以上過程，直到所要程式都完成為止。

思考：作業排程與程式排程的不同？

1.2.2實驗題A：編寫並除錯一個模擬的程式排程程式，採用“最高優先數優先”排程演算法對N（N不小於5）個程式進行排程。

“最高優先順序優先”排程演算法的基本思想是把CPU分配給就緒佇列中優先數最高的程式。

(1). 靜態優先數是在建立程式時確定的，並在整個程式執行期間不再改變。

(2). 動態優先數是指程式的優先數在建立程式時可以給定一個初始值，並且可以按一定規則修改優先數。例如：在程式獲得一次CPU後就將其優先數減少1，並且程式等待的時間超過某一時限（2個時間片時間）時增加其優先數等。

(3). （**）程式的優先數及需要的執行時間可以事先人為地指定，（也可以由隨機數產生）。

(4). （**）在進行模擬排程過程可以建立（增加）程式，其到達時間為程式輸入的時間。

0．

 

1.2.3實驗題B：編寫並除錯一個模擬的程式排程程式，採用“基於時間片輪轉法”排程演算法對N（N不小於5）個程式進行排程。 “輪轉法”有簡單輪轉法、多級反饋佇列排程演算法。

(1). 簡單輪轉法的基本思想是：所有就緒程式按 FCFS排成一個佇列，總是把處理機分配給隊首的程式，各程式佔用CPU的時間片長度相同。如果執行程式用完它的時間片後還未完成，就把它送回到就緒佇列的末尾，把處理機重新分配給隊首的程式。直至所有的程式執行完畢。（此排程演算法是否有優先順序？）

 (2). 多級反饋佇列排程演算法的基本思想是：

將就緒佇列分為N級（N＝3～5），每個就緒佇列優先數不同並且分配給不同的時間片：佇列級別越高，優先數越低，時間片越長；級別越小，優先數越高，時間片越短。

系統從第一級排程，當第一級為空時，系統轉向第二級佇列，.....當處於執行態的程式用完一個時間片，若未完成則放棄CPU，進入下一級佇列。

當程式第一次就緒時，進入第一級佇列。

(3). （**）考慮程式的阻塞狀態B（Blocked）增加阻塞佇列。程式的是否阻塞和阻塞的時間由產生的“隨機數”確定（阻塞的頻率和時間長度要較為合理）。注意程式只有處於執行狀態才可能轉換成阻塞狀態，程式只有處於就緒狀態才可以轉換成執行狀態。

 

2.    實驗內容

根據指定的實驗課題：A（1），A（2），B（1）和B（2）

完成設計、編碼和除錯工作，完成實驗報告。

注：帶**號的條目表示選做內容。

 

3.    實驗環境

vc++6.0

4.    實驗原理及核心演算法參考程式段

     動態優先數（優先數只減不加）：

 

/*  
作業系統實驗之時間片輪轉演算法  
 Visual C++ 6.0環境執行  
*/  
#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
typedef struct node  
{  
  char name[20];    /*程式的名字*/  
  int round;     /*分配CPU的時間片*/  
  int cputime;    /*CPU執行時間*/  
  int needtime;    /*程式執行所需要的時間*/ 
  char state;     /*程式的狀態，W——就緒態，R——執行態，F——完成態*/  
  struct node *next;   /*連結串列指標*/  
}PCB;  
PCB *ready=NULL,*run=NULL,*finish=NULL; /*定義三個佇列，就緒佇列，執行佇列和完成佇列*/  
int num; 



void GetFirst()  /*取得第一個就緒佇列節點*/  //y
{  
  run = ready;  
     
  if(ready!=NULL)  
  {  
    run ->state = 'R';  
    ready = ready ->next;  
    run ->next = NULL;  
  }  
}  


void Output()    /*輸出佇列資訊*/    //y
{  
  PCB *p;

    
  printf("\n當前執行佇列\n\n");
  p = run;  
  while(p!=NULL)  
  {  
      //執行佇列
      printf("程式名\tcpu時間\t需要時間\t程式狀態\n");
    printf("%s  \t %d \t %d \t %c \n",p->name,p->cputime,p->needtime,p->state);  
    p = p->next;

  }  


  p = ready;  
  printf("\n當前就緒佇列\n\n");
  
  while(p!=NULL)  
  {  
      //就緒佇列
      printf("程式名\tcpu時間\t需要時間\t程式狀態\n");
    printf("%s  \t %d \t %d \t %c\n",p->name,p->cputime,p->needtime,p->state);  
    p = p->next;
    
  }  
  

  printf("\n當前完成佇列\n\n");
  p = finish;  
  while(p!=NULL)  
  {  
      //完成佇列
      printf("程式名\tcpu時間\t需要時間\t程式狀態\n");
    printf("%s  \t %d \t %d \t %c\n",p->name,p->cputime,p->needtime,p->state);   
    p = p->next;

  } 
  
}  



void InsertTime(PCB *in)  /*將程式插入到就緒佇列尾部*/  //y
{  
  PCB *fst;  
  fst = ready;  
     
  if(ready == NULL)  
  {  
    in->next = ready;  
    ready = in;  
  }  
  else  
  {  
    while(fst->next != NULL)  
    {  
      fst = fst->next;  
    }  
    in ->next = fst ->next;  
    fst ->next = in;  
  }  
}



void InsertFinish(PCB *in)  /*將程式插入到完成佇列尾部*/  //y
{  
  PCB *fst;  
  fst = finish;  
     
  if(finish == NULL)  
  {  
    in->next = finish;  
    finish = in;  
  }  
  else  
  {  
    while(fst->next != NULL)  
    {  
      fst = fst->next;  
    }  
    in ->next = fst ->next;  
    fst ->next = in;  
  }  
}  



void TimeCreate() /*時間片輸入函式*/   //y
{  
  PCB *tmp;  
  int i;  
     
  printf("輸入程式名字和程式時間片所需時間：\n");  
  for(i = 0;i < num; i++)  
  {  
    if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL)  
    {  
      perror("malloc");  
      exit(1);  
    }  
    scanf("%s",tmp->name);  
    getchar();  
    scanf("%d",&(tmp->needtime));  
    tmp ->cputime = 0;  
    tmp ->state ='W';
    tmp ->round = 2;  /*假設每個程式所分配的時間片是2*/ 
    InsertTime(tmp);  
  }  
}  




void RoundRun()    /*時間片輪轉排程演算法*/  //y
{  
     
  int flag = 1;  
     
  GetFirst();  
  while(run != NULL)  
  {  
    Output();  
    while(flag)  
    {
      if(run->needtime>=2)
      {
          run->needtime-=2; 
          run->cputime+=2;
      }
      else
      {
          run->needtime--;
          run->cputime++;
      }
      


      if(run->needtime == 0) /*程式執行完畢*/  
      {  
        run ->state = 'F';  
        InsertFinish(run);  
        flag = 0;  
      }  
      else if(run->round==2 )/*時間片用完*/  
      {  
        run->state = 'W';  
        InsertTime(run);  
        flag = 0;  
      }  
    }  
    flag = 1;  
    GetFirst();  
  }  
}

main()  
{
  printf("請輸入要建立的程式數目:");  
  scanf("%d",&num);  
  getchar();
  TimeCreate();  
  RoundRun();  
  Output();
}

 

 

執行結果：

 

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