短作业优先调度算法

青岛理工大学操作系统课程设计报告院（系）：计算机工程学院专业：计算机科学与技术专业学生姓名:班级：＿＿学号:题目：短作业优先调度算法的进程调度程序＿起迄日期:＿＿＿＿＿＿＿＿设计地点:指导教师:2011—2012年度第 1 学期完成日期: 2012 年 1 月日一、课程设计目的进行操作系统课程设计主要是在学习操作系统课程的基础上，在完成操作系统各部分实验的基础上，对操作系统的整体进行一个模拟，通过实践加深对各个部分的管理功能的认识，还能进一步分析各个部分之间的联系，最后达到对完整系统的理解。

同时，可以提高运用操作系统知识解决实际问题的能力；锻炼实际的编程能力、开发软件的能力；还能提高调查研究、查阅技术文献、资料以及编写软件设计文档的能力。

二、课程设计内容与要求设计目的：在多道程序和多任务系统中，系统内同时处于就绪状态的进程可能有若干个，且进程之间也存在着同步与互斥的关系，要求采用指定的调度策略，使系统中的进程有条不紊地工作，通过观察诸进程的运行过程，以巩固和加深处理机调度的概念。

2、设计要求（多道、单处理机）：1)每一个进程有一个PCB，其内容可以根据具体情况设定。

2)可以在界面设定的互斥资源（包括两种：输入设备与输出设备）的数目3)进程数、进入内存时间、要求服务时间可以在界面上进行设定4)进程之间存在一定的同步与互斥关系，可以通过界面进行设定，其表示方法如下：进程的服务时间由三段组成：I2C10O5（表示进程的服务时间由2个时间片的输入，10个时间片的计算，5个时间片的输出）进程间的同步关系用一个段表示：W2，表示该进程先要等待P2进程执行结束后才可以运行因此，进程间的同步与互斥关系、服务时间可以统一用四段表示为：I2C10O5W25)可以在运行中显示各进程的状态：就绪、阻塞、执行6)采用可视化界面，可在进程调度过程中随时暂停调度，查看当前进程的状态以及相应的阻塞队列7)具有一定的数据容错性三、系统分析与设计1、系统分析本系统主要是采用短作业优先算法进程的进程调度过程。

短作业优先调度算法，是指对短作业或短进程优先调度的算法。

他们可以分别用于作业调度和进程调度，短作业优先的调度算法是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，将他们调入内存运行。

而短进程优先调度算法则是从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程，将处理机分配给他，，使它立即执行并一直执行到完成，或发生某事件而被阻塞放弃处理机时再度重新调度。

本程序采用了非抢占式短作业优先调度。

而非抢占式这种方式，一旦把处理机分配给某进程后，便让该进程一直执行，直至该进程完成或发生某事件而被阻塞时，才再把处理机分配给其它进程，决不允许某进程抢占已经分配出去的处理机。

这种调度方式的优点是实现简单，系统开销小，适用于大多数的批处理系统环境。

但它难以满足紧急任务的要求——立即执行，因而可能造成难以预料的后果。

因此，在要求比较严格的实时系统中，不宜采用这种调度方式本系统的主要是在满足要求多道单处理机的情况下进行短作业的优先调度。

本系统在测试时输入了五个进程，按实验要求如I2C10O5（表示进程的服务时间由2个时间片的输入，10个时间片的计算，5个时间片的输出，5个时间片的计算组成）的方式输入，各进程的信息如下：（0 0 1 1 1 ）（1 2 1 2 2 ）（2 4 1 1 1 ）（3 6 2 1 1 ）（4 8 1 0 1），其中括号内第一个数字代表进程标识，第二个数字代表进程的到达时间，第三的字符串则代表的是服务时间，由此可得五个进程的服务时间分别为3,6,4,5,2。

进程进入内存，则按照优先级进行执行进程。

主要是实现了进程执行过程的界面演示以及在暂停演示时各进程此时的状态，主要包括三种状态——就绪、执行、阻塞。

同时，在暂停执行时可以查看当前时间的阻塞队列。

其中进程执行界面的演示过程中用到了坐标轴，x 轴代表时间，y轴代表进程的标志（默认进程标志为0，1,2,3,4……n-1,n表示进程的个数，在计数过程中按进程的到达时间开始计数），用灰色表示一个时间片，每个进程的执行过程即可表示为时间片不断增加的过程。

下面是进程信息的输入界面，界面介绍如下：需要录入的进程数：输入需要执行的进程的个数。

保存文件：输入数据后将自动保存进程信息，保存在txt文件中，因此输入你要保存的txt文件的名子，或者在输入进程信息时直接输入已保存的txt文件名（不包括扩展名.txt）便可直接点击“录入完毕”按钮，进行后续操作。

输入设备数目：主要是输入输入设备的数目。

输出设备数目：主要是输入输出设备的数目。

进入内存的时间：表示进程的到达时间。

要求服务时间：进程的服务时间由四段组成：I2C10O5（表示进程的服务时间由2个时间片的输入，10个时间片的计算，5个时间片的输出），按此格式输入信息，如若没有其中一步如没有计算这一步表示有0个时间片的计算，服务时间可以表示为I2C105 。

以此格式输入进程的服务时间。

“录入第1个数据“按钮：当你输入完毕第一个数据时，点击此按钮，进入第二个进程数据信息的录入。

“录入完毕进行演示“按钮：当你将所有进程的信息输入完毕后点击此按钮。

进入演示界面进行演示。

“退出“按钮：在执行此界面的任何时刻均可点击此按钮，退出此界面。

录入完毕点击按钮“录入完毕进行执行”后便会弹出进程的执行演示界面如下：右上角带颜色的三个矩形分别表示进程的执行状态，蓝色矩形代表进程正在执行，绿色矩形代表进程已经执行完成，红色矩形则代表进程受到阻塞。

“开始演示“按钮：点击此按钮则开始演示进程的执行过程。

“暂停演示“按钮：点击此按钮则暂停进程的演示过程。

“重新开始“按钮：点击此按钮则重新演示进程的执行过程。

“退出界面“按钮：点击此按钮则退出演示界面。

“查看阻塞队列”按钮：在点击“暂停演示”按钮之后，点击此按钮，可查看此时的阻塞队列。

1、系统设计本调度算法在设计的时候主要运用了四个类库。

PCB类库主要是包括了要运用到得相关类有三个，Process类主要是声明了进程的相关属性以及方法结构体，GetProcess 和SetProcess类主要是对进程相关属性进行处理。

Scheduling类库主要是实现短作业优先调度，同样包括三个类，BlockQueue类主要是实现对阻塞队列的处理，Rank类主要是实现按进程的优先级进行排序实现进程的短作业优先调度，SJF类主要是为了实现进程执行演示的方便设计的一个类，它声明了一个数组，将每个时刻的进程作为数组元素放入数据组中。

Used类库主要是对演示界面的处理，里面包括一个类Drawing,这个类主要是完成对演示界面所运用到得坐标轴的实现。

最后一个类库为短作业优先调度演示程序，主要包含了AddFrom和ShowFrom两个类，这两个类主要是实现程序界面的设计，以及相关控件事件的连接以及实现。

在本程序中主要运用的数据结构是数组，如Process[]数组主要使用了存放进来的进程（存放顺序按进程的到达时间，为方便描述一下均简写为P[]），block[]数组用来存放阻塞队列，exeQ[]是将进程按短作业优先级排序后的数组，okP[]数组则是某一时刻到达的所有进程所形成的数组，以上数组均已进程作为数组元素。

短作业优先调度流程图如下：短作业优先调度阻塞队列的流程图如下：阻塞队列进程调度演示流程图：进程调度演示四、系统测试与调试分析1、系统测试本程序主要是采用功能测试，对程序进行的相关的测试与分析。

共输入五个进程信息，输入设备和输出设备各输入一个然后分别输入各进程的到达时间和服务时间，分别如下：（0 1 1 1 ）（2 1 2 2 ）（4 1 1 1 ）（6 2 1 1 1）（8 1 0 1）。

再输入过程中，进程的个数、到达时间以及输入设备和输出设备的个数分别是整数，否则将提示输入错误。

进程的服务时间必须严格按照要求来填写，否则将提示输入错误。

由此可得五个进程的执行顺序为：3,6,4,5,2。

2、调试分析在调试本程序时和演示过程中，出现了不少的错误。

其中在编写短作业优先调度算法的代码中，用到了不少的for循环以及for循环的嵌套，在这部分出现了变量的混淆，大括号的缺失或多余，经过检查后改正。

在编写短作业优先算法代码的时候，出现了思路紊乱，算法思路不清晰，不能够完成短作业的优先，后经请教同学以及通过画相关流程图得到解决。

还有由于对c#的运用并不熟练以及对c#的可视化界面的制作不太了解，使自己在做程序过程中遇到了很大的阻力，后经过翻看相关书籍以及请教同学，解决的这个问题。

本程序的演示界面做的很简陋，只是简单的实现了非抢占式的短作业优先调度，但是在本程序的功能中有一项实现输入设备和输出设备只是实现了设备数目的输入功能，但是没有实现设备之间的互斥问题。

因此，本程序无论是在界面还是在功能上均有很大的缺点和不足之处，需要不断的改进和完善。

五、用户手册1、程序的编写是在win7系统下的VS2010成的。

2、由于电脑系统里已经安装了vs2010此不需要再进行安装。

3、使用本程序界面的步骤。

（1）运行本程序会弹出界面如图5-1：图5-1（2）在以上弹出的界面上输入进程的数目以及保存的文件名和输入设备和输出设备的数目。

然后输入第一个进程的进入内存的时间和要求服务的时间。

如图5-2：图5-2（3）点击“录入第1个数据”按钮，弹出以下窗口，开始输入第二个数据的进入内存的时间和要求服务的时间。

如若输入的数据格式正确，则会弹出图5-3：图5-3点击确定按钮，进入下一个数据的输入图5-4：图5-4如此依次输入所有进程的相关信息，直到所有的进程信息都输入完毕。

如若输入数据不正确则会弹出窗口图5-5：图5-5点击确定重新输入正确的进程信息。

（4）当将所有的进程信息都输入完毕后，点击“录入完毕进行演示”按钮。

则会弹出演示界面图5-6：图5-6（5）点击开始演示按钮，进程开始执行。

演示状态如图5-7：图5-7（6）点击暂停按钮，演示暂停，进程停止执行，此时可查看各进程的状态图5-8。

图5-8（7）在暂停的情况下，点击“查看阻塞队列”按钮。

则会弹出以下窗口，并显示此刻的阻塞队列。

如图5-9：图5-9（8）如果想重新演示，可以点击“重新开始”按钮。

当演示完毕后，可以点击“退出界面”按钮。

退出演示界面。

六、程序清单using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace QD.Mg.Winform.Processpublic class Process{static int num = 0;private int privatePcb;//程序内部使用的PCBpublic int PrivatePcb{get { return privatePcb; }set { privatePcb = value; }}private int enteringTime;//进入内存的时间public int EnteringTime{get { return enteringTime; }set { enteringTime = value; }}private double serviceTime;//要求服务的时间public double ServiceTime{get { return serviceTime; }set { serviceTime = value; }}public Process(){privatePcb = num++;enteringTime = -1;serviceTime = -1;}///<summary>///重载的方法///</summary>///<returns></returns>public override string ToString(){return privatePcb + "|" + enteringTime + "|" + serviceTime ; }}}using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.IO;namespace QD.Mg.Winform.Processpublic class SetProcess{private static bool save(string filePosition,string content){try{StreamWriter sw = new StreamWriter(filePosition, true, System.Text.Encoding.Default);//在原有的基础上添加sw.Write(content);sw.Close();}catch(IOException e){Console.WriteLine(e.Message);return false;}return true;}public static int setProcesses(string filePosition,Process p){//将Process中的每个进程对象都拼接成一个string字符串，存放到txt文件中string saveString = p.ToString();saveString = saveString + "\r\n";//在字符串的最后加上换行的标志//调用save函数，实现存储save(filePosition, saveString);return 0;}}}using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.IO;using System.Text.RegularExpressions;namespace QD.Mg.Winform.Process{public class GetProcess{public static Process[] getProcesses(string filePosition){string content = read(filePosition);string []childString = content.Split(newstring[]{"\r\n"},StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);//Process[] process = new Process[childString.Length];for (int i = 0; i < process.Length;i++ ){process[i] = new Process();}for (int i = 0; i < process.Length; i++){//将一个进程的转化成对应的类string[] grandsonString = childString[i].Split('|');//为各个变量赋值process[i].PrivatePcb = Convert.ToInt32(grandsonString[0]);process[i].EnteringTime = Convert.ToInt32(grandsonString[1]); process[i].ServiceTime = Convert.ToInt32(grandsonString[2]);}return process;}private static string read(string filePosition){FileStream fs = new FileStream(filePosition, FileMode.Open, FileAccess.Read);StreamReader sr = new StreamReader(fs, Encoding.Default);string content = sr.ReadToEnd();sr.Close();return content;}}}using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace QD.Mg.Winform.Scheduling{///<summary>///阻塞队列的处理函数///</summary>public class BlockQueue{public static Process.Process[] getBlockQueue(int time, Process.Process[] process){#region变量初始化Process.Process[] block = newQD.Mg.Winform.Process.Process[process.Length];//阻塞队列数组Process.Process[] exeQ;//每个算法的执行顺序Process.Process[] okP;//给定时间内到达的进程int num = 0;//阻塞队列的下标int okPNumber = 0;int isFinish = -1;//完成的进程的最后一个的下标int isFinishTotalServiceTime = 0;//完成进程的总的服务时间#endregion#region SJF 短作业优先调度算法//首先获取得到执行的序列exeQ = Rank.getRank(process);//符合条件的okP = new QD.Mg.Winform.Process.Process[process.Length];#region获取得到给定时间内到达的进程，进行阻塞队列的计算for (int i = 0; i < exeQ.Length; i++){if (exeQ[i] != null && exeQ[i].EnteringTime <= time){okP[okPNumber++] = exeQ[i];}}#endregion#region获取已经执行完了的进程的标志已经执行完了的总的服务时间for (int i = 0; i < okP.Length; i++){if (okP[i] != null){isFinishTotalServiceTime = isFinishTotalServiceTime + Convert.ToInt32(okP[i].ServiceTime);if (isFinishTotalServiceTime > time){isFinish = i - 1;break;}}}#endregion#region去除不符合条件的for (int j = 0; j < isFinish + 2; j++){okP[j] = null;}#endregion#region将okP中的非空值，按照在数组中的顺序，存入阻塞数组中for (int i = 0; i < okP.Length; i++){if (okP[i] != null){block[num++] = okP[i];}}#endregion#endregionreturn block;}}}using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace QD.Mg.Winform.Scheduling{public class Rank{public static Process.Process[] getRank(Process.Process[] process){//首先按照进入时间排序，然后根据服务时间对排序进行调整#region按照进入时间进行排序Process.Process temp;for (int i = 0; i < process.Length - 1; i++){for (int j = i + 1; j < process.Length; j++){if (process[i].EnteringTime > process[j].EnteringTime) {temp = process[i];process[i] = process[j];process[j] = temp;}}}#endregionfor (int i = 0; i < process.Length; i++){//获取前面一段的要求服务总时间int totalServiceTime = 0;for (int x = 0; x <= i; x++){totalServiceTime = totalServiceTime +Convert.ToInt32(process[x].ServiceTime);}//找到要处理的进程数组，即在前一个进程处理时间内到达的进程 Process.Process[] front = newQD.Mg.Winform.Process.Process[process.Length];//注意空值for (int j = i + 1; j < process.Length; j++){if (Convert.ToInt32(process[j].EnteringTime) < totalServiceTime){front[j] = process[j];}}#region将front中的非空数据Process.Process m;for (int ii = 0; ii < front.Length - 1; ii++){for (int j = ii + 1; j < front.Length; j++){//if (front[ii] != null && front[j] != null){if (front[ii].ServiceTime >front[j].ServiceTime)//将作业大的排在后面，实现短作业优先{m = front[ii];front[ii] = front[j];front[j] = m;}}}}//将front中的非空数据，覆盖process中的相应位置的数据for (int a = 0; a < front.Length; a++){if (front[a] != null){process[a] = front[a];}}}return process;}}}using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace QD.Mg.Winform.Scheduling{public class SJF{public static int[] getExecuteQueue(Process.Process[] process){int totalServiceTime = 0;for (int i = 0; i < process.Length; i++){totalServiceTime = totalServiceTime +Convert.ToInt32(process[i].ServiceTime);}int[] executeQueue = new int[totalServiceTime];int tips = 0;Process.Process[] exequeue = Rank.getRank(process);for (int i = 0; i < exequeue.Length; i++){for (int j = 0; j < exequeue[i].ServiceTime; j++){executeQueue[tips++] = exequeue[i].PrivatePcb;}}return executeQueue;}}}七、体会与自我评价短作业优先调度算法，是指对短作业或短进程优先调度的算法。