按时间片轮转法实现处理器调度

组号成绩计算机操作系统课程设计报告题目处理器调度专业：计算机科学与技术班级：2学号：姓名：指导教师：2016年12月27日一．设计目的在采用多道程序设计的系统中，往往有若干个进程同时处于就绪状态。当就绪进程个数大于处理器数时，就必须依照某种策略来决定哪些进程优先占用处理器。本实验模拟在单处理器情况下的处理器调度，帮助学生加深了解处理器调度的工作。二．设计内容选择一个调度算法，实现处理器调度。按时间片轮转法实现处理器调度的模拟设计与实现[提示]：(1)假定系统有五个进程，每一个进程用一个进程控制块PCB来代表。进程控制块的格式为：进程名指针要求运行时间已运行时间状态其中，进程名——作为进程的标识，假设五个进程的进程名分别为Q1，Q2，Q3，Q4，Q5。指针——进程按顺序排成循环队列，用指针指出下一个进程的进程控制块的首地址，最后一个进程的指针指出第一个进程的进程控制块首地址。要求运行时间——假设进程需要运行的单位时间数。已运行时间——假设进程已经运行的单位时间数，初始值为“0”。状态——有两种状态，“就绪”和“结束”，初始状态都为“就绪”，用“R”表示。当一个进程运行结束后，它的状态为“结束”，用“E”表示。(2)每次运行所设计的处理器调度程序前，为每个进程任意确定它的“要求运行时间”。(3)把五个进程按顺序排成循环队列，用指针指出队列连接情况。另用一标志单元记录轮到运行的进程。例如，当前轮到P2执行，则有：标志单元K2K1Q1K2Q2K3Q3K4Q4K5Q5KKKKK234512312410000RRRRRPCB1PCB2PCB3PCB4PCB5(4)处理器调度总是选择标志单元指示的进程运行。由于本实验是模拟处理器调度的功能，所以，对被选中的进程并不实际的启动运行，而是执行：已运行时间+1来模拟进程的一次运行，表示进程已经运行过一个单位的时间。请同学注意：在实际的系统中，当一个进程被选中运行时，必须置上该进程可以运行的时间片值，以及恢复进程的现场，让它占有处理器运行，直到出现等待事件或运行满一个时间片。在这时省去了这些工作，仅用“已运行时间+1”来表示进程已经运行满一个时间片。(5)进程运行一次后，应把该进程的进程控制块中的指针值送到标志单元，以指示下一个轮到运行的进程。同时，应判断该进程的要求运行时间与已运行时间，若该进程的要求运行时间已运行时间，则表示它尚未执行结束，应待到下一轮时再运行。若该进程的要求运行时间=已运行时间，则表示它已经执行结束，应指导它的状态修改成“结束”（E）且退出队列。此时，应把该进程的进程控制块中的指针值送到前面一个进程的指针位置。(6)若“就绪”状态的进程队列不为空，则重复上面的（4）和（5）的步骤，直到所有的进程都成为“结束”状态。(7)在所设计的程序中应有显示或打印语句，能显示或打印每次选中进程的进程名以及运行一次后进程队列的变化。(8)为五个进程任意确定一组“要求运行时间”，启动所设计的处理器调度程序，显示或打印逐次被选中的进程名以及进程控制块的动态变化过程。三．设计原理在早期的时间片轮转法中,系统将所有的就绪进程按先来先服务的原则,排成一个队列,每次调度时,把CPU分配给队首进程,并令其执行一个时间片.时间片的大小从几ms到几百ms.当执行的时间片用完时,由一个计时器发出时钟中断请求,调度程序便据此信号来停止该进程的执行,并将它送往就绪队列的末尾;然后,再把处理机分配给就绪队列中新的队首进程,同时也让它执行一个时间片.这样就可以保证就绪队列中的所有进程,在一给定的时间内,均能获得一时间片的处理机执行时间.四．详细设计及编码1.模块分析在此算法中，首先声明了一个类，通过使用类的对象来体现进程的实例。类名为PCB，类中有公有字段如下：Charname[10]：字符数组，用于存储进程名；PCB*next：PCB类型的指针，用于指向下一个即将执行的对象的指针；Inttime：整型，表示进程运行所需的总时间；Intrun：整型，表示进程已运行的时间，初始值设置为0；Charstate：字符型，表明进程当前的状态；通过类中的对象指针，可以形成一个循环队列。除此以外，还定义了两个静态的对象指针，分别是：StaticPCB*p：在自定义方法中指向当前对象，即当前运行的进程；StaticPCB*flag：指向当前对象的前一个对象，即之前第一个运行结束的进程；另外，程序中还自定义了两个方法，分别是voidstatus(PCBblock[])和voidactive(PCBblock[])：voidstatus(PCBblock[])：用于显示当前进程情况；voidactive(PCBblock[])：用于调度进程；intmain()：主函数，在其中先输入了对象数组的长度，由此声明一个对象数组。再依次输入每一个进程的进程名和所需运行时间，将每一个进程的运行状态更改为R，再通过对每一个对象中的对象指针赋值，将进程排成一个循环队列。再进入循环，开始进行进程调度。2.流程图3.代码实现PCB类的定义：classPCB{public:charname[10];//进程名PCB*next;//指针inttime;//所需运行时间intrun=0;//已运行时间charstate;//R-ready;E-end};显示当前进程情况的方法：voidstatus(PCBblock[]){//显示当前进程队列状况cout此时进程情况：order\tname\ttime\trun\tremain\tstateendl;for(inti=0;ilen;i++){if(block[i].state!='E'){couti+1\tblock[i].name\tblock[i].time\tblock[i].run\tblock[i].time-block[i].run\tblock[i].stateendl;}}coutendl;}用于进程调度的方法：voidactive(PCBblock[]){if(p-state=='E'){//如果此进程状态为E，则跳过，不调度执行return;}else{cout------调度进程p-name------endl;p-run++;//进程的已运行时间加一if(p-run==p-time){//如果加一后达到所需总的运行时间p-state='E';//将进程状态更改为Eflag-next=p-next;//将前一个进程的指针指向后续进程proc--;//队列中运行的进程数减一cout进程p-name运行结束，退出队列endl;}}status(block);//展示当前的运行状态}主函数：intmain(){cout----------时间片轮转调度算法----------endl请输入进程个数：;cinproc;//输入进程个数len=proc;inti=0;PCBblock[proc];//初始化对象数组p=&block[0];//将当前指针指向第一个进程for(;iproc;i++){cout请输入进程i+1的名称和所需运行时间：;if(i!=proc-1){//将对象数组排成队列block[i].next=&block[i+1];//如果不是最后一个进程，则将指针指向下一个进程}else{block[i].next=&block[0];//如果是最后一个进程，则将指针指向第一个进程}cinblock[i].name;cinblock[i].time;block[i].state='R';}cout此时进程情况：endlorder\tname\ttime\trun\tstateendl;for(i=0;iproc;i++){couti+1\tblock[i].name\tblock[i].time\tblock[i].run\tblock[i].stateendl;}coutendl;while(proc!=0){//在当前队列中进程数不为0时循环active(block);//调度当前进程flag=p;//调度后，flag指向刚刚运行结束的对象p=p-next;//而p指针指向下一个对象}}4.结果及其相关分析（结果必须是图示）程序开始，先输入进程个数，然后依次输入每个进程的进程名和所需的运行时间，输入完毕后输出当前进程队列情况；然后对进程依次进行调度，依据时间片轮转算法：显示情况分别为order：进程顺序；name：进程名；run：已运行时间；remain：剩余时间；State：运行状态如果当前调度的进程运行结束，那么就退出该循环队列，同时输出提示；此时输出队列情况将不再包含已运行结束的进程。当进程全部运行结束之后，程序运行结束。五．课程设计小结在本次课程设计中，我使用了类来模拟进程，类中的字段表示进程的属性。输入进程名和进程所需的运行总时间之后，开始依次调度进程。在程序编写的过程中我也遇到了很多的问题，也发现了自己在实践方面还是有一些不足的地方。像指针的使用，我还不是很熟悉，通过本次试验，我对指针的原理和使用又有了进一步的掌握。本次试验中将进程通过指针排成循环队列，并通过指针调用当前对象和其中的元素，进行更改。总之，通过本次课设，我深刻理解了进程调度的原理与实现方法，收获了很多。