实验要求：
模拟进程调度的各种算法：
- 先来先服务算法；(FCFS)
- 时间片轮转算法(TRR)
- 多级反馈队列算法(MQ)
- 动态优先级算法(JF)
- 高响应比优先算法(HRRN)
思路：
我们知道进程至少处于三种状态中的一种：
- 就绪状态
- 运行状态
- 完成状态
如果还考虑阻塞进程的话，有阻塞状态，
如下图：
本次实验使用的是LinkedList<> link 来模拟进程的各种状态。以及如何实现不同算法下的调度过程。
我的思路是先定义一个进程对象的类：Pcb，
应该包括以下属性：
- 进程名
- 进程id（可以使用uuid生成）
- 到达时间(先自己指定，便于检验进程调度过程)
- 服务时间(先自己指定)
- 完成时间
- 等待时间
- 已使用cpu时间(用于时间片算法)
总的来说，建立一个Pcb进程信息类，完成初始化操作，把多个进程对象放入队列中，使用的数据结构是LinkedList 把进程对象放入队列中之后，
就完成了初始化操作，而不同调度算法的不同之处是哪个进程先进入就绪队列呢？
如下图所示
理解了进程的调度过程，具体的实现如下：
- 定义Pcb类：
public class Pcb {
//成员属性
private String name;//进程名
private String id;//进程id
private int priorityNum;//优先数，自己指定，优先数越大，优先级越低
private int arriveTime;//到达时间 //自己指定
private int totalRuntime; //需要运行的时间 ,自己指定
private int useCpuTime;//剩余运行时间=需要运行时间-固定时间片大小 自己求
private int finishTime; //完成时间=上一进程的完成时间+当前进程的服务时间 自己求
private int waitTime;//等待时间=上一进程的完成时间-当前进程的到达时间
private double response;//响应比=1+等待时间/服务时间
//生成构造方法和getter、setter方法
...
//重写toString()方法
...
}- 定义一个实现各种算法调度的类：PcbMenu:
- 初始化进程
public class ProcessMenu {
LinkedList<Pcb> pcb;//存放所有的进程
LinkedList<Pcb> readyLink; //存放已经进入就绪队列的进程
Pcb runLink; //存放运行状态的进程,只有一个
//创建三级队列：多级反馈队列算法时使用
LinkedList<Pcb> RQ1 = new LinkedList<>();
LinkedList<Pcb> RQ2 = new LinkedList<>();
LinkedList<Pcb> RQ3 = new LinkedList<>();
//空构造方法
public ProcessMenu() {
}
Transform transform = new TransformImp();
//进程的初始化操作
public LinkedList<Pcb> init(Pcb newProcess) {
pcb = new LinkedList<>();
readyLink = new LinkedList<Pcb>();
Pcb p1 = new Pcb("进程1", "001", 3, 0, 3);
Pcb p2 = new Pcb("进程2", "002", 2, 2, 6);
Pcb p3 = new Pcb("进程3", "003", 3, 4, 4);
Pcb p4 = new Pcb("进程4", "004", 1, 6, 5);
Pcb p5 = new Pcb("进程5", "005", 5, 8, 2);
pcb.add(p1);
pcb.add(p2);
pcb.add(p3);
pcb.add(p4);
pcb.add(p5);
if(newProcess!=null){
if(pcb.add(newProcess)){
System.out.println("插入成功！");
}
}
//对初始化进程进行排序就变成--进入就绪状态的队列
Collections.sort(pcb, new compareAt_ServerTime());
// System.out.println(pcb.toString());
readyLink = pcb;
runLink = null;
return readyLink;
}
}2. 创建实现各种算法的比较器//按到达时间排序，到达时间相同，则按服务时间排序---用于进程的FCFS等算法
class compareAt_ServerTime implements Comparator<Pcb> {
@Override
public int compare(Pcb o1, Pcb o2) {
int a = o1.getArriveTime() - o2.getArriveTime();
if (a > 0) {
return 1;
} else if (a == 0) {
return o1.getTotalRuntime() > o2.getTotalRuntime() ? 1 : -1;
} else
return -1;
}
}
//创建优先级比较器--从高到低
class compareAt_Priority implements Comparator<Pcb> {
@Override
public int compare(Pcb o1, Pcb o2) {
int a = o1.getPriorityNum() - o2.getPriorityNum();
if(a>0){
return 1;
}else if(a == 0){
return o1.getArriveTime() > o2.getArriveTime() ? 1: -1;
}else {
return -1;
}
}
}
//创建响应比比较器--高到低
class compareAt_Response implements Comparator<Pcb> {
@Override
public int compare(Pcb o1, Pcb o2) {
double a = o1.getResponse() - o2.getResponse();
if(a<0.0){
return 1;
}
else if(a == 0.0){
return o1.getArriveTime() > o2.getArriveTime() ? 1: -1;
}else{
return -1;
}
}
}3. 各种算法的实现：
1. FCFS算法----先来先服务算法//先来先到原则调度算法
public void FCFS(LinkedList<Pcb> readyLink) {
LinkedList<Pcb> finishLink = new LinkedList<>();
LinkedList<Pcb> waitLink = new LinkedList<>(); //存放等待状态的队列
int size = readyLink.size();
int lastFinishTime = 0;//上一进程的完成时间
int waitTime = 0;//当前进程的等待时间
System.out.println("就绪队列的元素个数："+readyLink.size());
for(int i = 1; i<=size;i++){
System.out.println("第"+i+"次进程调度情况");
Time.startTime();
if(i == 1){
//将就绪状态转化为运行状态
runLink = transform.readyToRun(readyLink);
displayRun(runLink);
//设置完成时间--=第一次是服务时间
runLink.setFinishTime(runLink.getTotalRuntime());
//初始化等待时间
waitTime = 0;
runLink.setWaitTime(waitTime);
}
else{
lastFinishTime = runLink.getFinishTime();
//将就绪状态转化为运行状态
runLink = transform.readyToRun(readyLink);
displayRun(runLink);
//设置完成时间--=
runLink.setFinishTime(runLink.getTotalRuntime()+lastFinishTime);
//设置等待时间--
runLink.setWaitTime(lastFinishTime-runLink.getArriveTime());
}
//---在第一次时做了是否要阻塞一个进程的逻辑实现
if(i==1){
System.out.println("需要阻塞当前进程吗？请输入Yes或No");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String input = scanner.nextLine();
if("Yes".equals(input)){
//阻塞一个进程
waitLink = transform.runToWait(runLink);
displayWaitLink(waitLink);
System.out.println("当前进程已经阻塞，需要停止阻塞吗？请输入Yes或No");
Scanner scanner1 = new Scanner(System.in);
String flag = scanner1.nextLine();
if("Yes".equals(flag)){
//取消阻塞
transform.WaitToReady(waitLink,readyLink);
}
continue;
}
}
long midTime = runLink.getTotalRuntime();
WaitTimeUtil.waitTime(midTime);
//结束时间
Time.endTime();
//打印就绪队列的情况
displayReadyLink(readyLink);
//从运行状态变为完成状态--
finishLink = transform.runToFinish(runLink);
//打印finishLink列表
displayFinishLink(finishLink);
}
//从运行状态变为完成状态---就绪状态变为运行状态
}2. 时间片轮转调度算法/**
* 算法思想：
* 1. 指定固定的时间片大小
* 2. 到达顺序一开始初始化的时候就要完成---顺序同fcfs一样
* 3. 如果就绪队列不为空--就要循环执行
* 4. 每次取出就绪队首的元素进入运行状态
* 5. 单位时间片时间到，剩余运行时间减单位时间片。
* 6.判断剩余时间是否为零---为零则进入完成队列，不为零则进入就绪队列的队尾。
* 7. 开始下一次的循环。
*
*/
public void TRR(LinkedList<Pcb> readyLink,int time,boolean flag){
LinkedList<Pcb> finishLink = new LinkedList<>();
int size = readyLink.size();//获取就绪队列中的进程数
int count = 1;
System.out.println("========处于就绪状态的进程数=======："+size);
initUseTime(readyLink);
while(readyLink!=null && readyLink.size()!=0){
//开始时间
System.out.println("第"+count+"次进程调度情况");
Time.startTime();
//取出就绪队列的队首元素---就绪状态变为运行状态
int useTime = readyLink.getFirst().getUseCpuTime();
runLink = transform.readyToRun(readyLink);
//打印此时正在运行的队列元素
displayRun(runLink);
//计时器--倒计时
long midTime = time;
WaitTimeUtil.waitTime(midTime);
//结束时间
Time.endTime();
useTime-=time;
runLink.setUseCpuTime(useTime);
if(runLink.getUseCpuTime()<=0){
//如果剩余时间为零--撤销该进程--进入完成队列
finishLink = transform.runToFinish(runLink);
displayFinishLink(finishLink);
}
else{
//flag为true,代表的是高优先级算法调用时--优先数要变化
//flag为false,代表的是时间片算法调用时---优先数不需要变化
if(flag == true){
int priorityNum = runLink.getPriorityNum();
runLink.setPriorityNum(priorityNum+1);
}
//不为零则进入就绪队列队尾
readyLink = transform.runToReady(runLink,readyLink);
}
if(flag == true){
Collections.sort(readyLink,new compareAt_Priority());
System.out.println("就绪队列中的进程信息\n"+readyLink.toString());
}
runLink = null;
count++;
}
}3. 多级反馈队列算法/**
* 算法思想：
* 将就绪队列分为多个就绪队列，分别叫做第1级RQ1，第二级RQ2...
* 设置这些队列的优先级：第1级最高，依次递减。
*
* 本次算法采用三级反馈队列调度算法
* 把所有的进程放入就绪队列中---
* 三级队列都采用时间片算法进行调度
* 时间片长度依次递增
* 步骤：
* 1. 初始化
* 2. 进行第一级反馈队列的算法调度--
* 3. 第一级队列的就绪队列都运行一个时间片后，若进程的所需时间没有达到，则进入第二级队列
* 若进程服务时间完成，则撤销该进程，进入完成队列中
* 4. 第二队列同第一队列，只是时间片长度不一样。
* 5. 第三队列的进程运行一个时间片后，同时间片调度算法，
* 若进程的所需时间没有达到，则添加到队尾
* 若进程服务时间完成，则撤销该进程，进入完成队列中
* 直到第三级队列为空，所有的进程都进入完成队列，退出循环。
*
*
*/
public void MQ(LinkedList<Pcb> RQ1){
int RQ1Time = 1;
int RQ2Time = 2;
int RQ3Time = 10;
LinkedList<Pcb> finishLink = new LinkedList<>();
initUseTime(RQ1);
//对第一级反馈队列进行调度---时间片为1
System.out.println("第一级反馈队列调度--时间片为1");
System.out.println("RQ1的大小"+RQ1.size());
while(RQ1.size()>0 &&RQ1!=null){
runLink = transform.readyToRun(RQ1);
displayRun(runLink);
int useTime = runLink.getUseCpuTime();
//剩余时间减去一个时间片
useTime-=RQ1Time;
runLink.setUseCpuTime(useTime);
if(useTime>0){
//进入下一级队列中
RQ2.addFirst(runLink);
}else{
//将运行状态变为完成状态
finishLink = transform.runToFinish(runLink);
//打印完成队列的信息---没有计算等待时间和完成时间
// displayFinishLink(finishLink);
displayReadyLink(finishLink);
}
//按FCFS的顺序
Collections.sort(RQ1,new compareAt_ServerTime());
}
System.out.println("====第一级队列进程调度完之后已经完成的进程有：\n"+finishLink);
System.out.println("====第一级时间片用完也没有结束的进入第二级队列====\n"+RQ2.toString());
System.out.println("=====开始第二级队列调度======");
while(RQ2.size()>0&& RQ2!=null){
//将二级队列中的进程以时间片2运行，如剩余时间>0则进入第三级队列
//获取当前队首需要服务的时间
//按FCFS的顺序
Collections.sort(RQ2,new compareAt_ServerTime());
runLink = transform.readyToRun(RQ2);
displayRun(runLink);
int useTime = runLink.getUseCpuTime();
//剩余时间减去一个时间片
useTime-=RQ2Time;
runLink.setUseCpuTime(useTime);
if(useTime>0){
//进入下一级队列中
RQ3.addFirst(runLink);
}else{
//将运行状态变为完成状态
finishLink = transform.runToFinish(runLink);
// displayFinishLink(finishLink);
displayReadyLink(finishLink);
}
}
System.out.println("第二级队列进程调度完之后已经完成的进程有：\n"+finishLink);
System.out.println("====第二级时间片用完也没有结束的进入第三级队列====\n"+RQ3.toString());
if(RQ3.size()>0&& RQ3!=null){
System.out.println("=====开始第三级队列调度======时间片为8====");
Collections.sort(RQ3,new compareAt_ServerTime());
TRR(RQ3,RQ3Time,false);
}
}4. 动态优先级算法// //创建动态优先级调度算法
/**
*
* 优先数越大，优先级越低
* 创建动态优先级调度算法
* 算法思想：
* 1. 就绪队列先按照优先级从高到低排列===优先数从低到高
* 2. 获取队首的进程，将它变为运行状态---采用的是时间片算法调度
* 3. 运行完毕，将它的剩余时间减一，判断剩余时间是否<=0,若是，
* 则撤销该进程，若不是，则将它的优先数+1，把运行进程插入到就绪队列队尾。
* 4.循环1,2,3，直到就绪队列的大小为0
*
*
*/
public void JF(LinkedList<Pcb> readyLink){
while(readyLink.size()>0&& readyLink!=null){
//1. 就绪队列先按照优先级从高到低排列
System.out.println("当前就绪队列的进程数："+readyLink.size());
Collections.sort(readyLink,new compareAt_Priority());
System.out.println("输出排序之后的队列-----\n"+readyLink);
//2. 获取队首进程--将就绪状态变为运行状态---时间片算法
TRR(readyLink,2,true);
}
}5. 高响应比优先算法//创建高响应比优先算法---
/**
* 等待时间=上一进程的完成时间-当前进程的到达时间
* 当前进程的完成时间=上一进程的完成时间+当前进程的服务时间
* 算法思路：
* 1. 初始化就绪队列---按到达时间排序
* 2. 将队首进程变为运行状态--
* 3. 计算就绪队列中的响应比=1+等待时间/服务时间，每个进程运行完毕之后都会改变响应比
* 4. 排序算法--按照高响应比优先进行调度
*
*/
public void HRRN(LinkedList<Pcb> readyLink){
LinkedList<Pcb> finishLink = new LinkedList<>();
int i = 0;
int lastFinishTime = 0;
int waitTime = 0;
while(readyLink.size()>0 && readyLink!=null){
//开始时间
//打印就绪队列信息
displayReadyLink(readyLink);
System.out.println("第"+(i+1)+"次进程调度情况");
//开始时间
Time.startTime();
if(i == 0){
//1.将队首进程变为运行状态
runLink = transform.readyToRun(readyLink);
//打印运行状态的进程信息---
displayRun(runLink);
//计时器--倒计时
long midTime = runLink.getTotalRuntime();
WaitTimeUtil.waitTime(midTime);
//结束时间
Time.endTime();
//设置完成时间--=第一次是服务时间
runLink.setFinishTime(runLink.getTotalRuntime());
//初始化等待时间
waitTime = 0;
runLink.setWaitTime(waitTime);
}
else{
lastFinishTime = runLink.getFinishTime();
//1.将队首进程变为运行状态
runLink = transform.readyToRun(readyLink);
//打印运行状态的进程信息---
displayRun(runLink);
//计时器--倒计时
long midTime = runLink.getTotalRuntime();
WaitTimeUtil.waitTime(midTime);
//结束时间
Time.endTime();
//设置完成时间--=
runLink.setFinishTime(runLink.getTotalRuntime()+lastFinishTime);
//设置等待时间--
runLink.setWaitTime(lastFinishTime-runLink.getArriveTime());
}
//将运行状态变为完成状态
finishLink = transform.runToFinish(runLink);
//打印完成队列信息--
displayFinishLink(finishLink);
//计算响应比
response(readyLink,runLink);
//重新排序--根据响应比的大小
Collections.sort(readyLink, new compareAt_Response());
i++;
}
}
//计算响应比--
public void response(LinkedList<Pcb> readyLink,Pcb runLink){
double response = 0.0;
//响应比= 1+等待时间/服务时间
for(int i = 0 ;i< readyLink.size();i++){
int waitTime = runLink.getFinishTime() - readyLink.get(i).getArriveTime();
int serveTime = readyLink.get(i).getTotalRuntime();
DecimalFormat df = new DecimalFormat("0.00");
String y = df.format((float)waitTime/serveTime);
double s = Double.valueOf(y);
response = s +1.0;
readyLink.get(i).setResponse(response);
System.out.println(readyLink.get(i).getName()+"的响应比为"+readyLink.get(i).getResponse());
}
}
//- 定义实现状态转换的接口和接口的实现类：
transform接口
```java
package com.gcl.process.service;
import com.gcl.process.model.Pcb;
import java.util.LinkedList;
public interface Transform {
//1. 就绪状态转化为运行状态
Pcb readyToRun(LinkedList<Pcb> readyLink);
//2. 运行状态转化为完成状态
LinkedList<Pcb> runToFinish(Pcb runLink);
//3.运行状态转化为就绪状态
LinkedList<Pcb> runToReady(Pcb runLink,LinkedList<Pcb> readyLink);
//3.运行状态转化为等待状态
LinkedList<Pcb> runToWait(Pcb runLink);
//4. 等待状态转化为就绪状态
void WaitToReady(LinkedList<Pcb> WaitLink,LinkedList<Pcb> readyLink);
//5. 新增一个进程
LinkedList<Pcb> addProcess(Pcb newProcess,LinkedList<Pcb> readyLink);
}transform接口的实现类
package com.gcl.process.service;
import com.gcl.process.model.Pcb;
import java.util.LinkedList;
public class TransformImp implements Transform {
LinkedList<Pcb> finishLink =new LinkedList<>();
LinkedList<Pcb> waitLink = new LinkedList<>();
/**
* 就绪状态转化为运行状态
* 从队首出队，从队尾入队
* @param readyLink
*
*/
@Override
public Pcb readyToRun(LinkedList<Pcb> readyLink) {
if(readyLink.size()>0){
//1.取出就绪队列中队首的元素赋值给运行状态中
return readyLink.removeFirst();
}
return null;
}
/**
* 运行状态变为完成状态
* @param runLink
*/
@Override
public LinkedList<Pcb> runToFinish(Pcb runLink) {
finishLink.addLast(runLink);
return finishLink;
}
/**
* 用于时间片算法中
* 运行状态变为就绪状态
* @param runLink
* @param readyLink
* @return
*/
@Override
public LinkedList<Pcb> runToReady(Pcb runLink,LinkedList<Pcb> readyLink) {
readyLink.addLast(runLink);
return readyLink;
}
/**
* 返回等待队列
* @param runLink
* @return
*/
@Override
public LinkedList<Pcb> runToWait(Pcb runLink) {
waitLink.addLast(runLink);
runLink = null;
return waitLink;
}
@Override
public void WaitToReady(LinkedList<Pcb> WaitLink, LinkedList<Pcb> readyLink) {
for(int i = 0;i<WaitLink.size();i++){
Pcb element = WaitLink.remove(i);
readyLink.addLast(element);
}
}
/**
* 新增一个进程算法
* @param readyLink
* @return
*/
@Override
public LinkedList<Pcb> addProcess(Pcb newProcess,LinkedList<Pcb> readyLink) {
if(newProcess!=null){
readyLink.addLast(newProcess);
return readyLink;
}
return readyLink;
}
}
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