最近几周操作系统实习，要求完成几道题目，下面是自己敲出来的模拟在单处理器情况下的进程调度算法（说算法可能过于高大尚），
采用的是短作业优先调度算法、时间片轮转调度、最高优先级优先算法三种算法中的最高优先级算法。
题目阐述如下：
设计一：进程调度
设计目的：
进程管理是操作系统中的重要功能，用来创建进程、撤消进程、实现进程状态转换，它提供了在可运行的进程之间复用CPU的方法。
在进程管理中，进程调度是核心，因为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
理器数目时，就必须依照某种策略决定哪些进程优先占用处理器。本设计模拟在单处理器情况下的进程调度，目的是加深对进程调度
工作的理解，掌握不同调度算法的优缺点。
设计内容：
设计程序模拟单处理机系统中的进程调度算法，在短作业优先调度算法、时间片轮转调度、最高优先级优先算法三种算法中选择两种实现。
每个进程由一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进
程状态等。进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为进程输入的时间。
进程的运行时间以时间片为单位进行计算。
每个进程的状态可以是就绪W（Wait）、运行R(Run)或完成F(Finish)3中状态之一。
以下是最高优先级优先算法思想：
就绪进程获得CPU后都只能运行一个时间片，用已占用CPU时间加1来表示。
如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤销该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间
还未达到所需要的运行时间，也即进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。
每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列以及各个进程的PCB，以便进行检查。
重复以上过程，直到所有进程都完成为止。
每个PCB进程包括：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态；采用结构体类型来存储一个PCB。
采用的数据结构是队列，创建的进程形成一个双向队列（采用双向队列容易寻找前驱结点的地址），遍历队列，从中找出优先级
最高的PCB取出（相当于调入CPU），将其优先数降低，增加其已用CPU时间，改变其进程状态；然后判断其已用CPU时间是否
大于等于需要运行时间，大于将其进程状态置为完成状态，否则将此PCB插入队列尾部，再次在队列中寻找优先级最高的PCB......
/*
最高优先级算法
*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#define N 3
#define Time_film 2 //时间片
int count = 0; //统计进程完成个数
void print(struct PCB *head);
struct PCB{
int process_name; //进程名
int priority_number; //优先数,随机产生
int arrive_time; //到达时间,为进程的创建时间
int need_time; //需要运行的时间,随机产生
int used_time; //已用CPU的时间,初始值为0
int process_state; //进程状态,1表示运行,0表示完成,-1表示就绪,初始值为-1
struct PCB *cre; //前驱指针域
struct PCB *next; //后驱指针域
};
void Process_scheduling(struct PCB *head){
/*
扫描队列，寻找最高优先数的PCB，调入CPU运行；
如果 use_CPU == need_time 撤销此PCB；
否则用完一个时间片后放回队列尾部，继续扫描；
*/
//****************************
struct PCB *Move=head->next;
struct PCB *Max_Pri=head->next;
struct PCB *Tail; //尾指针
//****************************
while(Move!=NULL){
if(Max_Pri->priority_number < Move->priority_number){
Max_Pri = Move;
} //寻找最高优先级进程
Move = Move->next;
}
//****************************
Move = Max_Pri->cre; //将最高优先级进程调出
Move->next = Max_Pri->next;
if(Move->next != NULL){
Move = Max_Pri->next;
Move->cre = Max_Pri->cre;
}
//****************************
printf(" 进程 %d 被调度: \n",Max_Pri->process_name);
Max_Pri->used_time += Time_film; //增加CPU占用时间
if(Max_Pri->used_time >= Max_Pri->need_time){
Max_Pri->used_time = Max_Pri->need_time; //进程状态改变
Max_Pri->process_state = 0;
count++;
}
else{
Max_Pri->process_state = 1;
}
Max_Pri->priority_number-=1; //优先数减1
printf(" %d %d %d %d %d %d \n\n",Max_Pri->process_name,Max_Pri->priority_number,Max_Pri->arrive_time,Max_Pri->need_time,Max_Pri->used_time,Max_Pri->process_state);
if(count == N){ //所有进程执行完毕
printf(" 所有进程执行完毕！");
return;
}
printf(" 就绪队列：\n");
print(head); //输出就绪队列
printf("\n");
//****************************
if(Max_Pri->process_state !=0){
Move = head;
while( Move->next!=NULL ){ //当被调出进程未完成时将其插入就绪队列尾部
Move = Move->next;
}
Tail = Move;
Max_Pri->cre = Tail;
Max_Pri->next = NULL;
Tail->next = Max_Pri;
Max_Pri->process_state = -1;
}
//****************************
Process_scheduling(head);
}
void print(struct PCB *head){ //输出队列函数
if(head->next == NULL){
printf("就绪队列已空\n");
return;
}
printf("name priority arr_time need_time use_CPU pro_state\n");
struct PCB *fry = head->next;
while(fry != NULL){
printf(" %d ",fry->process_name);
printf("%d ",fry->priority_number);
printf("%d ",fry->arrive_time);
printf("%d ",fry->need_time);
printf("%d ",fry->used_time);
printf("%d ",fry->process_state);
printf("\n");
fry = fry->next;
}
printf("\n");
}
int main(){
struct PCB *head; //头指针
struct PCB Pro[N+1]; //创建 N+1 个进程
head = &Pro[0];
srand(time(0));
//****************************
//设置进程参数
Pro[0].process_name = 0;
Pro[0].cre = NULL;
Pro[0].next = &Pro[1];
Pro[0].priority_number = 0;
int i=0;
for(i=1;i<=N;i++){
Pro[i].process_name = i;
Pro[i].priority_number = rand()%10;
while(Pro[i].priority_number == 0){
Pro[i].priority_number = rand()%10;
}
Pro[i].arrive_time = i;
Pro[i].need_time = rand()%7;
while(Pro[i].need_time == 0){
Pro[i].need_time = rand()%7;
}
Pro[i].used_time = 0;
Pro[i].process_state = -1;
}
for(i=1;i<=N;i++){ //形成双向队列
if( i == N ){
Pro[i].cre = &Pro[i-1];
Pro[i].next = NULL;
break;
}
Pro[i].cre = &Pro[i-1];
Pro[i].next = &Pro[i+1];
}
//****************************
printf(" 进程初始状态: \n");
print(head); //输出初始队列状态
Process_scheduling(head); //调用进程调度函数(最高优先级)
return 0;
}
10:58:00
2018-05-12
改进：
上面忽视了进程的到达时间这个因素，会产生致命错误：
进程没有到达，但是其优先级最高，还是会被调用！
必须从已经到达的进程中选择优先级最高的调入CPU运行，每个进程每次使用一次时间片后必须判断哪些进程已经到来，然后再
从所有到达的进程中选择优先级最高的调入CPU运行；可以设置一个动态的系统时间 system_time（初始值为最先到达进程的到
达时间）system_time 在每个进程执行完一次后都增加该进程此次执行的时间（这里不指明每次执行时间为时间片是因为当进程
剩下需要的执行时间小于一个时间片后 system_time 不会增加一个时间片），进程每次执行完一个时间片后，将 system_time
与每个进程的到达时间进行比较，大于 system_time 则未到达，反之，到达；再从已到达的进程中选择优先级最高的调入CPU运
行......值得一提的是，若遇到进程到来比较晚（ system_time<进程的到达时间）前面的进程都已经执行完成（已从队列中移除）
则通过 system_time 将找不到合适的进程调入，此时必须通过 “手动”添加系统时间来达到下一个进程的到达时间，然后将其执行。
/*
最高优先级算法
*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#define N 5
#define Time_film 2 //时间片
int count = 0; //统计进程完成个数
int system_time=100;
int flag=0;
int ff=0;
void print(struct PCB *head);
struct PCB{
int process_name; //进程名
int priority_number; //优先数,随机产生
int arrive_time; //进程的到达时间,随机产生
int need_time; //需要运行的时间,随机产生
int used_time; //已用CPU的时间,初始值为0
int process_state; //进程状态,1表示运行,0表示完成,-1表示就绪,初始值为-1
struct PCB *cre; //前驱指针域
struct PCB *next; //后驱指针域
};
void Process_scheduling(struct PCB *head){
/*
扫描队列，将最先到达的进程调入运行，若多个进程
同时到达，选取优先级最高的进程 调入，运行状态
的进程用完一个时间片后判断是否进程是否执行完毕
或有新进程到达，加入新进程后再次选取优先级最高
的调入运行，直至进程全部调用完毕。
*/
//****************************
struct PCB *Move=head->next;
struct PCB *Max_Pri=head;
struct PCB *Tail; //尾指针
//****************************
/*
while(Move!=NULL){
if(Max_Pri->arrive_time > Move->arrive_time){ //寻找最早到达的进程
Max_Pri = Move;
}
Move = Move->next;
}
Move=hear->next;
while(Move!=NULL){ //在几个同时最早时间到达的进程中选择优先级最高的
if(Max_Pri->arrive_time == Move->arrive_time){
if(Max_Pri->priority_number>Move->priority_number){
Max_Pri=Move;
}
}
Move=Move->next;
}
*/
flag=0;
ff=0;
while(++flag){
Move=head->next;
Max_Pri=head;
while(Move!=NULL){
if(Move->arrive_time <= system_time){ //小于等于系统时间的进程说明已经到达,小于系统时间的进程都要相互比较优先级
if(Move->priority_number>Max_Pri->priority_number){
Max_Pri=Move;
}
}
Move=Move->next;
}
if(Max_Pri->cre==NULL){ //说明没有选出合适进程,需要增加系统时间
ff=1;
system_time++;
}
else{
break;
}
}
if(ff==1){
printf("暂无进程可执行,等待 %d 后，系统时间为： %d \n\n",flag-1,system_time);
}
//****************************
Move = Max_Pri->cre; //将上面选择的进程调入CPU运行
Move->next = Max_Pri->next;
if(Move->next != NULL){
Move = Max_Pri->next;
Move->cre = Max_Pri->cre;
}
//****************************
printf(" 进程 %d 被调度: \n",Max_Pri->process_name);
Max_Pri->used_time += Time_film; //增加CPU占用时间
if(Max_Pri->used_time >= Max_Pri->need_time){
if(Max_Pri->used_time==Max_Pri->need_time){
system_time+=Time_film;
}
if(Max_Pri->used_time > Max_Pri->need_time){
system_time+=(Max_Pri->used_time-Max_Pri->need_time);
}
Max_Pri->used_time = Max_Pri->need_time;
Max_Pri->process_state = 0; //进程状态改变
count++;
}
else{
system_time+=Time_film;
Max_Pri->process_state = 1;
}
Max_Pri->priority_number-=1; //优先数减1
printf(" %d %d %d %d %d %d\n\n",Max_Pri->process_name,Max_Pri->priority_number,Max_Pri->arrive_time,Max_Pri->need_time,Max_Pri->used_time,Max_Pri->process_state);
if(count == N){ //所有进程执行完毕
printf(" 所有进程执行完毕！");
return;
}
if(Max_Pri->process_state==1){
printf("进程 %d 未完成,进入就绪队列,系统时间为： %d \n\n",Max_Pri->process_name,system_time);
}
else{
printf("进程 %d 已完成,系统时间为： %d \n\n",Max_Pri->process_name,system_time);
}
printf(" 就绪队列：\n");
//****************************
if(Max_Pri->process_state !=0){
Move = head;
while( Move->next!=NULL ){ //当被调出进程未完成时将其插入就绪队列尾部
Move = Move->next;
}
Tail = Move;
Max_Pri->cre = Tail;
Max_Pri->next = NULL;
Tail->next = Max_Pri;
Max_Pri->process_state = -1;
}
print(head);
//****************************
Process_scheduling(head);
}
void print(struct PCB *head){ //输出队列函数
if(head->next == NULL){
printf("就绪队列已空\n");
return;
}
printf("name priority arr_time need_time use_CPU pro_state\n");
struct PCB *fry = head->next;
while(fry != NULL){
printf(" %d ",fry->process_name);
printf("%d ",fry->priority_number);
printf("%d ",fry->arrive_time);
printf("%d ",fry->need_time);
printf("%d ",fry->used_time);
printf("%d ",fry->process_state);
printf("\n");
fry = fry->next;
}
printf("\n");
}
int main(){
struct PCB *head; //头指针
struct PCB Pro[N+1]; //创建 N+1 个进程-----就绪状态队列
srand(time(0));
//****************************
//设置就绪状态进程参数
head = &Pro[0];
int i=0;
for(i=0;i<=N;i++){
if(i==0){
Pro[i].process_name = 0;
Pro[i].cre = NULL;
Pro[i].next = &Pro[i+1];
Pro[i].priority_number = -100;
continue;
}
Pro[i].process_name = i;
Pro[i].priority_number = rand()%10;
while(Pro[i].priority_number == 0){
Pro[i].priority_number = rand()%10;
}
Pro[i].arrive_time = rand()%10;
Pro[i].need_time = rand()%7;
while(Pro[i].need_time == 0){
Pro[i].need_time = rand()%7;
}
Pro[i].used_time = 0;
Pro[i].process_state = -1;
}
for(i=1;i<=N;i++){ //形成双向队列
if( i == N ){
Pro[i].cre = &Pro[i-1];
Pro[i].next = NULL;
break;
}
Pro[i].cre = &Pro[i-1];
Pro[i].next = &Pro[i+1];
}
//****************************
for(i=1;i<=N;i++){ //将最先到达进程的时间设置为系统开始时间
if(Pro[i].arrive_time<system_time){
system_time=Pro[i].arrive_time;
}
}
printf("系统时间为： %d \n",system_time);
//****************************
printf(" 就绪状态进程: \n");
print(head); //输出就绪状态进程
Process_scheduling(head); //调用进程调度函数(最高优先级)
return 0;
}
16:31:29
2018-05-18
本文章为转载内容，我们尊重原作者对文章享有的著作权。如有内容错误或侵权问题，欢迎原作者联系我们进行内容更正或删除文章。
