进程调度模拟设计——先来先服务、强占式短进程优先算法

学号：0120910340704操作系统课程设计题目进程调度模拟设计——先来先服务、强占式短进程优先算法学院计算机科学与技术专业计算机科学与技术班级姓名指导教师罗芳2012 年 1 月10 日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：罗芳工作单位：计算机科学与技术学院题目: 进程调度模拟设计——先来先服务、强占式短进程优先算法初始条件：1．预备内容：阅读操作系统的处理机管理章节内容，对进程调度的功能以及进程调度算法有深入的理解。

2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．模拟进程调度，能够处理以下的情形：⑴能够选择不同的调度算法（要求中给出的调度算法）；⑵能够输入进程的基本信息，如进程名、到达时间和运行时间等；⑶根据选择的调度算法显示进程调度队列；⑷根据选择的调度算法计算平均周转时间和平均带权周转时间。

2．设计报告内容应说明：⑴需求分析；⑵功能设计（数据结构及模块说明）；⑶开发平台及源程序的主要部分；⑷测试用例，运行结果与运行情况分析；⑸自我评价与总结：i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；iv）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；v）对实验题的评价和改进意见，请你推荐设计题目。

时间安排：设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。

周2、周3：完成程序调试及测试。

周4、周5：验收、撰写课程设计报告。

（注意事项：严禁抄袭，一旦发现，一律按0分记）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日课程设计报告书1.课程设计的题目进程调度模拟设计——先来先服务、强占式短进程优先算法。

2.课程设计的目的此次课程设计的预备内容是阅读操作系统的处理机管理章节内容，并对进程调度的功能以及进程调度算法有深入的理解和掌握。

完成此次模拟进程调度，需要处理一下的情形：（1）能够选择不同的调度算法（先来先服务算法和强占式短进程优先算法）；（2）能够输入进程的基本信息(如进程名、到达时间和运行时间等)；（3）根据选择的调度算法显示进程调度队列；（4）根据选择的调度算法计算平均周转时间和平均带权周转时间。

3.需求分析进程调度模拟设计是本次课设的课题，根据其课程设计的目的和要求，对其需求分析如下所示：3.1 对进程信息的描述和实现此次课程设计中，进程作为基本数据处理单元，需要对进程的基本信息进行相关的描述。

进程的基本信息包括进程进程名，到达的时间以及预计的进程运行时间。

设计一个模块，用以实现进程的基本信息的定义和封装，提高设计的简洁性，如使用类模块。

3.2 对调度算法的描述和实现进程基本信息所构成的模块作为基本单元，并且相关调度算法的侧重进程基本信息点不同，所以要根据其调度算法的特点来结合基本信息进行对应的设计。

此次课程设计要求的调度算法描述如下：3.2.1 先来先服务调度算法先来先服务调度算法是以进程的到达时间为判断标准，按各个进程所的到达时间先后顺序进行调度。

要实现此先来先服务调度算法以及考虑程序的简洁性，用一个数据结构如优先级队列，容器等来存储进程基本信息，并要对所有的进程按其到达时间先后顺序进行排序，实现依次取出的进程是所有未运行进程中到达时间最早的进程。

3.2.2 强占式短进程优先调度算法此调度算法和先来先服务调度算法相区别，强占式短进程优先调度算法的实现相对而言较为复杂。

对强占式短进程优先调度算法而言，其本质特征便是按进程的预计运行时间长短进行排序，先执行短进程。

若内存中运行的进程优先级比就绪队列中的某进程优先级低（即运行的进程预计运行时间比就绪队列中的某进程长），此运行的进程让出内存并进入就绪队列，优先级更高的短进程强占内存资源并运行直到结束或者遇到优先级更高的进程强占为止。

3.3计算平均周转时间和平均带权周转时间平均周转时间和平均带权周转时间是对调度算法进行评估的参考标准，在此次课设中要求计算出平均周转时间和平均带钱周转时间。

平均周转时间可由所有进程的周转时间之和除以进程数，同理平均带权周转时间也可如此求得。

3.4 显示调度序列按课程设计要求，要显示进程调度队列，并且还要求对平均周转时间和平均带权周转时间进行显示。

就先来先服务调度算法而言，要求显示的进程调度队列即是进程运行顺序（也就是进程到达时间先后顺序排序的队列）；而强占式短进程优先级调度算法中，为了简洁便利的因素以及直观性，所以就以进程完成运行的先后时间顺序进行显示。

4.功能设计此次课设采用面向对象的方法进行对此进程调度系统的模拟。

以下分别就概要设计和详细设计先后进行功能设计的相关描述。

4.1 概要设计此次程序从大的方面来说是利用链表来实现的，在程序中定义了一个结构体struct PCB用来保存没一条记录，每个结点包括进程名、进程的到达时间、预计运行时间、开始运行时间、结束时间、运行次数、仍需运行时间、周转时间、带权周转时间和指向下一个结点的指针。

因为在强占式短进程优先算法中，有的进程要运行一次甚至一次以上，所以定义了进程运行次数和人需运行时间，另外此程序中的所有时间均为整型。

然后定义了几个函数分别用来实现两种算法，首先要做的工作是将输入的所有进程按到达时间的先后顺序排名，这样在先来先服务算法中，他们的顺序便是进程调度顺序，然后在计算出他们的开始时间、结束时间、周转时间等，这些都是小问题不再具体阐述。

强占式短进程优先算法比较复杂，主要的思想是先将第一个到达进程投入运行，等再有进程到达时需将他们的所需运行时间进行比较，将运行时间短的一个投入运行，等再有进程到达时也是利用这种方法决定要运行的进程，这就是强占式短进程优先算法。

实现这个算法时需要的工作有察看在time之前到达但未移动到运行队列的进程数量，在头节点后的count个节点中选择需时间最小的返回。

这是两个重要的工作。

4.2 详细设计界面设计不是本次课程设计的要求，所以就使用dos命令窗口。

而进程调度算法则是本次设计的核心部分，所以就此调度算法部分的逻辑进行阐释说明，进程调度算法的逻辑图如下所示：4.2.1 main函数以及进程信息的输入开始运行主函数输出选择进程调度算法的提示信息输入数据满足要求根据满足要求的输入，调用dispatch的构造函数构生成相应的dispatch对象从文本文档lin.txt读入进程关闭lin/.txt文档调用进程调度算法调用显示进程调度信息的算法print（）用delete语句撤销dispatch对象结束主函数的运行是否图14.2.2 先来先服务进程调度算法（FCFS）调用FCFSS算法按到达时间顺序排列的PQueue进程队列是否为空？否取出第PQueue中的队首元素，即PQueue队列中到达时间最早的进程察看当前进程是否访问过？输出错误提示否模拟运行该进程，对总周转时间，总带权周转时间进行赋值，对end_time（结束时间）点赋值。

并把当前进程插入Queue队列，并删除其在PQueue中的信息队列PQueue是否为空？是结束FCFS函数调用图24.2.3 强占式短进程优先进程调度算法（SF ）图3调用SF 算法PQueue 队列是空？否取PQueue 队列第一个元素，即到达时间最早的进程进行模拟运行，并计算出不被强占情况下的结束时间点（atime ） 在atime 之前是否有进程到达？是计算出当前系统时间点，并对运行中的进程进行的预计运行时间进行设置（此处以未标志bvisited 时的end_time 表示）。

并将此进程和所有其他新到达进程都插入vector 之中进行排序（排序按预计运行时间短在前长居后），删除新到达的进程在PQeuee 队列中的信息取出vector 中的第一个元素进入模拟运行状态。

否模拟当前进程运行结束，对总周转时间，总带权周转时间，以及运行结束时间点（end_time ）赋值。

并把进程信息插入Queue 队列，且删除其在vector 中的进程信息取下一个运行进程的信息V ector 是否为空？否取vector 第一个元素模拟运行是PQueue 队列为空？否 取PQueue 队列的队首元素计算出此进程不被强占情况下的结束时间点是结束SF 函数调用是5 开发平台和源程序主要代码5.1 开发平台本次课程设计编程部分采用Microsoft Visual Studio 2010.5.2 核心代码5.2.1 模块说明Struct PCB定义如下：struct PCB{string name;//进程名int ta;//进程到达时间int ts;//进程估计运行的时间int tb;//进程开始运行时间int tm;//进程仍需运行的时间int to;//进程完成的时间int rn;//进程运行的次数int totalTime;//周转时间double weightTotalTime;//带权周转时间(周转时间/估计运行时间）PCB *next;//定义指向下一个进程的指针};此次程序中定义的函数及其作用如下：PCB *create(PCB *head);//创建进程队列void deal(PCB *head);//FCFS记录处理void sort(PCB *head);//将进程按到达的先后顺序排列int getCount(PCB *head,int time);//察看在time之前到达但未移动到运行队列的进程数量void del(PCB *p);//删除p的下一个节点void fcfsrun(PCB *head);//先来先服务算法PCB *SJF(PCB *head,int count);//在头节点后的count个节点中选择需时间最小的返回void SJFrun(PCB *head);//强占式短进程优先算法另外还定义了三个变量：int pronum;//定义进程数为pronumint total;//记录所有进程的总时间double weight;//记录所有进程的带权周转时间total和weight将用来计算平均周转时间和平均带权周转时间5.2.2 先来先服务（FCFS部分函数）（1）先来先服务的时间处理函数，代码如下：void deal(PCB *head)//FCFS记录处理{sort(head);PCB *p,*q;q=head->next;q->tb=q->ta;q->to=q->tb+q->ts;q->totalTime=q->to-q->ta;q->weightTotalTime=q->totalTime/(double)q->ts;total+=q->totalTime;weight+=q->weightTotalTime;p=q->next;while(p!=NULL){p->tb=q->to;p->to=p->tb+p->ts;p->totalTime=p->to-p->ta;p->weightTotalTime=p->totalTime/(double)p->ts;total+=p->totalTime;weight+=p->weightTotalTime;q=p;p=p->next;}}这段程序将先来先服务算法中的进程开始运行时间，结束时间，周转时间和带权周转时间计算了出了，而且也计算出了平均周转时间。