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实验报告实验名称：进程管理任课教师：冯霞学号：100341328姓名：魏然完成日期：2012-11-23一、实验目的：（1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。（2）深入了解系统如何组织进程，创建进程。（3）进一步认识如何实现处理机调度。二、实验内容：编写程序完成单处理机系统的进程调度，要求采用时间片轮转调度算法。试验具体包括：首先确定进程控制块的内容和组织方式；然后完成进程创建原语和进程调度原语；最后编写主函数对所做工作进行测试。这个实验需要考虑三个问题：如何组织进程、如何创建进程和如何实验处理机调度。考虑如何组织进程，首先就要设置进程控制块的内容。进程控制块PCB记录各个进程执行时的情况。不同的操作系统，进程控制块记录的信息内容不一样。操作系统功能越强，软件也越庞大，进程控制块记录的内容也就越多。这里的实验只使用了不可少的信息。一般操作系统中，无论进程控制块中信息量多少，信息都可以大致分为以下四大类：（1）标志信息每个进程都要有一个唯一的标识符，用来标志进程的存在和区别与其它进程。这个标识符必不可少的，可以用符号或编号实验，它必须时操作系统分配的。在后面给出的参考程序中，采用编号方式，也就是为每一个进程依次分配一个不同的正整数。（2）说明信息用于记录进程的基本情况，例如，进程状态、等待原因、进程程序存放位置、进程数据存放位置等。实验中，因为进程由于没有数据和程序，仅使用进程控制块模拟进程，所以这部分内容仅包括进程状态。（3）现场信息现场信息记录各个寄存器的内容。当进程由于某种原因让出处理机时，需要将现场信息记录在进程控制块中，当进行进程调度时，从选中的进程的控制块中读取现场信息进行现场恢复。现场信息就是处理机的相关寄存器内容，包括通用寄存器、程序计数器和程序状态字寄存器等。在试验中，可选取几个寄存器作为代表。用大写的全局变量AX、BX、CX、DX模拟通用寄存器，大写的全局变量PC模拟程序计数器，大写的全局变量PSW模拟程序状态寄存器。（4）管理信息管理信息记录进程管理和调度的信息。确定进程控制块内容后，要考虑的就是如何将进程控制块组织在一起。多道程序设计系统中，往往同时创建多个进程。在单处理机的情况下，每次只能由一个进曾处于运行态，其它的进程处于就绪状态或等待状态。为了便于管理，通常把处于相同状态的进程的进程控制块连接在一起。单处理机系统中，正在运行的程序只有一个，因此，单处理机系统中进程控制块分成一个正在运行进程的进程控制块、就绪进程的进程控制块组织成的就绪队列和等待进程的进程控制块组成的等待队列。由于试验模拟的是进程调度，没有对等待队列的操作，所以实验中只有一个指向正在运行进程的进程控制块指针和一个就绪进程的进程控制块队列指针。操作系统的实现中，系统往往在内存中划分出一个连续的区域存放系统的进程控制块，试验中应该用数组模拟这个专门的进程控制块区域，定义如下：#definen10Structpcbpcbarea[n]；这样，进程控制块的链表实际上时数据结构中使用的静态链表。进程控制块的连接方式可以采用单向和双向链表，实验中，进程控制块队列采用单向不循环静态链表。为了管理空闲进程控制块，还应该将空闲控制块链接成一队列。试验中采用时间片乱转调度算法，这种算法是将进程控制块按照进入队列的先后次序排列成队列。关于就绪队列的操作就是从队头摘下一个进程控制块和从队尾挂入一个进程控制块。因此，为就绪队列定义两个指针：一个头指针，指向就绪队列的第一个进程控制块；一个尾针，指向就绪队列的最后一个进程控制块。进程创建的过程应该包括：（1）申请进程控制块。进程控制块的数量是有限的，如果没有空闲进程控制块，则进程不能创建，如果申请成功才可以执行第二步。（2）申请资源。除了进程控制块外，还需要有必要的资源才能创建进程，如果申请资源不成功，则不能创建进程，并且归还已申请的进程控制块；如果申请成果，则执行第三步，试验无法申请资源，所以模拟程序忽略了申请资源这一步。（3）填写进程控制块。将该进程信息写入进程控制块内，试验中只有进程标识符、进程状态可以填写，每个进程现场信息中的寄存器内容由于没具体数据而使用进程（模拟进程创建时，需输入进程标识符字，进程标识符本应系统建立，并且是唯一的，输入时注意不要冲突），刚刚创建的进程应该为就绪状态，然后转去执行第四步。（4）挂入就绪队列。如果原来就绪队列不为空，则将该进程控制块挂入就绪队列为不，并修改就绪队列尾部指针；如果原来就绪队列为空，则将就绪队列的头指针、尾指针均指向该进程控制块，进程创建完成。进程创建流程图如图1所示。多道程序设计的系统中，处于就绪态的进程往往时多个，它们都要求占用处理机，可以单处理机系统的处理机只有一个，进程调度就是解决这个处理机竞争问题的。进程调度的任务就是按照某种算法从就绪进程队列中选择一个进程，让它占有处理机。因此进程调度程序就应该包括两个部分，一部分是在进程就绪队列中选择一个进程，并将其进程控制块从进程就绪队列中摘下来，另一部分工作就是分配处理机给选中的进程，也就是将指向正在运行进程的进程控制块指针指向该进程的进程控制块，并将该进程的进程控制块信息写入处理机的各个寄存器中。试验采用时间片轮转调度算法。时间片轮转调度算法让就绪进程按就绪的先后次序排成队列，每次总是选择就绪队列中的第一个进程占用处理机，但是规定只能使用一个“时间片”。时间片就是规定进程一次使用处理机的最长时间。试验中采用每个进程都使用相同的不变的时间片。采用时间片轮转调度算法的进程调度流程图如图2所示。完成上述功能后，编写主函数进行测试：首先建立一个就绪队列，手工输入信息建立几个进程；然后进行进程调度；最后将指向正在运行进程的指针指向的进程控制块的内容输出，查看结果。开始空闲进程控制块队列为空？取空闲进程控制块队列的第一个i=pcb_freepcb_free后移pcb_free=pcb_block[pcb_free].next填写该进程控制块内容:pcb_block[i].Flag=xpcb_block[i].Status=Ready初始化进程控制块内现场信息就绪队列为空？挂入就绪队列:Pcb_block[pcb_ready.tail].next=jpcb_ready.tail=jpcb_block[pcb_ready.tail].next=-1挂入就绪队列:pcb_ready.head=jpcb_ready.tail=jpcb_block[pcb_ready.tail].next=-1结束进程创建失败NYNY图1进程创建流程图开始就绪队列为空就队列头指针赋给Ii=redy.head绪就绪队列头指针后移Ready.head=pcbarea[reay.head].next就绪队列为空？就绪队列尾指针置为空Ready.tail=-1修改进程控制块状态Pcbarea[i].status=running设置想读一时钟寄存器TIME=时间片回复该进程现场信息AX=ax;BX=bx;CX=cx;DX=dx;PC=pc;PSW=psw修改指向运行进程的指针run=i无进程可以调度YNYN图2进程调度流程图三、实验结果与结论：图3程序执行结果图4输入进程数大于系统可容纳的进程数四、过程分析与建议：通过本次实验，使我对操作系统的进程管理及调度方式有了更加深刻和清晰的认识。编写运行程序实现优先数调度算法，加深了对有关进程的理论知识的理解，了解了系统是如何组织进程、创建进程，如何实现处理机调度。源程序如下：#includestdio.h#definerunning1//用running表示进程处于运行态#definealready2//用aready表示进程处于就绪态#defineblocking3//用blocking表示进程处于等待态#definesometime5//用sometime表示时间片大小#definen10//假定系统允许进程个数nstruct{intname;//进程标识符intstatus;//进程状态intax,bx,cx,dx;//进程现场信息，通用寄存器内容intpc;//进程现场信息，程序计数器内容intpsw;//进程现场信息，程序状态寄存器内容intnext;//下一个进程控制块的位置}pcbarea[n];intPSW,AX,BX,CX,DX,PC,TIME;//模拟寄存器intrun;//定义指向正在运行进程的进程控制块的指针struct{inthead;inttail;}ready;//定义就绪队列的头指针head和尾指针tailintpfree;//定义指向空闲进程控制块队列的指针voidsheduling()//进程调度函数{inti;if(ready.head==-1)//空闲进程控制块队列为空，退出{printf(无就绪进程\n);return;}i=ready.head;//就绪队列头指针赋给iready.head=pcbarea[ready.head].next;//就绪队列头指针后移if(ready.head==-1)ready.tail=-1;//就绪队列为空，修正尾指针ready.tailpcbarea[i].status=running;//修改进程控制块状态TIME=sometime;//设置相对时钟寄存器//恢复该进程现场信息run=i;//修改指向运行的指针//书上把这句放在后面了，我觉得放在这里解释的通AX=pcbarea[run].ax;BX=pcbarea[run].bx;CX=pcbarea[run].cx;DX=pcbarea[run].dx;PC=pcbarea[run].pc;PSW=pcbarea[run].psw;}//进程调度函数结束voidcreate(intx)//创建进程{inti;if(pfree==-1)//空闲进程控制块队列为空{printf(无空闲进程控制块，进程创建失败\n);return;}i=pfree;//取空闲进程控制块队列的第一个pfree=pcbarea[pfree].next;//pfree后移//填写该进程控制块内容pcbarea[i].name=x;pcbarea[i].status=already;pcbarea[i].ax=x;pcbarea[i].bx=x;pcbarea[i].cx=x;pcbarea[i].dx=x;pcbarea[i].pc=x;pcbarea[i].psw=x;if(ready.head!=-1)//就绪队列不空时，挂入就绪队列方式{pcbarea[ready.tail].next=i;ready.tail=i;pcbarea[ready.tail].next=-1;}else//就绪队列空时，挂入就绪队列方式{ready.head=i;ready.tail=i;pcbarea[ready.tail].next=-1;}//进程创建函数结束}voidmain(){//系统初始化intnum,i,j;intz=0;run=ready.head=ready.tail=-1;pfree=0;for(j=0;jn-1;j++)pcbarea[j].next=j+1;pcbarea[n-1].next=-1;printf(输入进程编号(避免编号的冲突，以负数输入结束，最多可以创建10个进程):\n);scanf(%d,&num);while(num=0){create(num);scanf(%d,&num);z++;//用z来计数，进程的个数}while(runz-1){sheduling();if(run!=-1){printf(进程标识符进程状态寄存器内容：axbxcxdxpcpsw:\n);printf(%8d%10d%3d%3d%3d%3d%3d%3d\n,pcbarea[run].name,pcbarea[run].status,pcbarea[run].ax,pcbarea[run].bx,pcbarea[run].cx,pcbarea[run].dx,pcba