操作系统课程设计-时间片轮转算法java实现.doc

学校代码： 10128
学 号： 201020205056

课程设计

题 目：处理机管理模拟系统的设计与 实现
学生姓名：
学 院：信息工程学院
系 别：软件工程系
专 业：软件工程
班 级：
指导教师：副教授
讲师
2013年1月8日
内蒙古工业大学课程设计任务书

（四）
学院（系）：信息学院软件工程系 课程名称：操作系统课程设计 指导教师（签名）：
专业班级： 学生姓名： 学号：
一、课程设计题目
处理机管理
二、课程设计的目的
学生通过设计一个模拟单处理机调度的算法，以巩固和加深处理机调度的概念。使学生初步具有研究、设计、编制和调试操作系统模块的能力。
三、课程设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）
原始数据：进程控制块PCB结构体。
技术参数：Windows XP系统，VC++6.0开发工具。
设计要求：
1． 设计基于时间片轮转法的处理机调度算法；
2． 或设计基于先来先服务或基于优先权的处理机调度算法；
3． 画出以上算法流程图；
4． 编程实现算法功能；
5．编写课程设计说明书。
工作量要求：完成以上设计要求中的所有算法功能。
四、工作进度安排
周一：布置、讲解题目，收集资料；
周二：系统分析，算法设计；
周三：编制、调试程序；
周四：测试系统，形成设计结论，编写课设报告；
周五：系统及材料验收，课设答辩。
五、主要参考文献
[1] 张尧学编．计算机操作系统教程（第三版）习题解答与实验指导．北京:清华大学出版社，2006
[2] 汤子瀛主编．计算机操作系统（第三版）．西安:西安电子科技大学出版社，2001
[3] 张坤等编．操作系统实验教程．北京:清华大学出版社，2008
审核批准意见

系（教研室）主任（签字）

摘要

操作系统是计算机系统的关键组成部分，负责管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本任务。对于不同的系统和系统目标，通常采用不同的调度算法，如在批处理系统中，为照顾为数众多的短作业，采用短作业优先调度算法；在分时系统中，为保证系统具有合理的响应时间，采用时间片轮转法进行调度。采用算法时，则要考虑多方面因素，以便达到最佳效果。本次课程设计采用时间片轮转调度算法来实现模拟进程调度任务的执行过程。
用Java模拟进程调度过程，可以方便地将运行结果直观地表示出来。Java语言独有的多线程操作，可以实现许多其他语言不能实现的功能，极大地方便了程序开发人员对程序的开发。此外，利用JavaGUI编程，可以使系统提供的界面更加友好。实验中，应用文件I/O操作、线程、AWT、Swing、内部类、接口、异常处理等技术，开发此系统。
关键字：时间片轮转； Java编程； GUI图形用户界面； 文件操作；

Abstract
The operating system is a key component of the computer system, responsible for the management and configuration memory, decided to system resources supply and demand priority, control input and output equipment, operation and management of network file system, and other basic tasks.For different systems and system target, computers usually use different scheduling algorithm, such as in a Batch Processing System, in order to take care of a lot of short operation, using Short Job First algorithm;In systems with time sharing, to ensure the system has reasonable response time, need time slice Round Robin algorithm for scheduling. The algorithm, we should consider various factors, in order to achieve the best effect.This Course Design uses time slice Round Robin algorithm to simulate the process scheduling task execution process.
With Java simulation process scheduling process, which can be conveniently will run results intuitively said out.In addition, the use of JavaGUI programming, can make the system to provide the interface more friendly.Experiments, application file I/O operation, threads, AWT, Swing, internal class, interface, abnormal processing technology, the development of this system.
Keywords: time slice Round Robin; Java Programming; Graphical User Interface;
File Operation;
目录

第一章 问题分析 1
1.1设计目的 1
1.2设计目标 1
1.2.1问题描述 1
1.2.2基本要求 1
1.3设计思想和运行环境 1
第二章 概要设计 3
2.1系统结构 3
2.1.1系统结构层次图 3
2.1.2系统功能说明 3
2.2算法描述 4
第三章 详细设计 5
3.1系统程序流程图 5
3.2内部接口设计 7
3.2.1系统框架接口run（） 7
3.2.3创建进程接口createFrame() 8
3.2.4运行程序接口runFrame() 8
3.2.5显示结果接口resultFrame() 9
3.3用户接口 9
第四章 系统实现 11
4.1编码实现 11
4.2单元测试 11
4.2.1创建进程模块 11
4.2.2运行程序模块 13
4.2.3结果显示模块 14
4.3遇到的问题 15
第五章 自我评价与总结 16
参考文献 17

第一章 问题分析
1.1设计目的
在多道程序或多任务系统中，系统同时处于就绪态的进程有若干个。也就是说能运行的进程数远远大于处理机个数。为了使系统中的各进程能有条不紊地运行，必须选择某种调度策略，以选择一进程占有处理机。要求设计一个模拟单处理机调度的算法，以巩固和加深处理机调度的概念。
1.2设计目标
1.2.1问题描述
处理机管理是操作系统中非常重要的部分。为深入理解处理机调度部分的功能，设计一个按时间片轮转调度CPU的算法，模拟实现处理机的调度。
1.2.2基本要求
时间片轮转调度CPU的算法是分时系统采用的典型算法，把CPU的执行时间分成若干个一定大小的时间片轮流的分配给就绪队列的各个进程，让各就绪进程按指定的顺序分别占用CPU的一个时间片轮流执行下去，直至完成。要求定义进程控制块PCB的结构，并为每个进程任意确定一个要求运行时间和到达时间，按照进程到达的先后顺序排成一个循环队列。设计按时间片轮转的进程调度算法。
1.3设计思想和运行环境
a. 设计思想
(1) 假设系统有5个进程，每个进程用一个进程控制块Process来代表。Process的结构如图1-1所示。对PCB控制块进行包装，形成循环链表结点ProcessNode，链表结点ProcessNode如图1-2所示。

图1-2进程控制块结点
图1-1进程控制块
Pname：进程名
runTime：进程运行时间
arriveTime：到达时间
State：进程状态
cpuTime：运行时间
cpcRound：已运行次数
startTime：进程开始时间
每个属性的set，get方法
proecss：Process类型进程控制块
Next ：ProcessNode类型指针
每个属性的set，get方法

pntmp
head
图1-3循环链表

(2) 为每个进程从模拟的系统中指定一个要求运行时间和到达时间。
(3) 按照进程到达的先后顺序排成一个循环队列，再设一个队首指针head指向第一个到达进程的首址。
(4) 执行处理机调度时，从队列的第一个进程开始，用pntmp指针顺序选择可执行的进程执行。
(5) 由于本实践是模拟算法，所以对被选中进程并不实际启动运行，而只是执行：运行时间加100和输出当前运行进程的相关信息。用这两个操作来模拟进程的一次运行。
b. 运行环境
编程语言：Java语言
工具：JDK1.6.0_26、Windows 7系统以及MyEclipse6.0.1等
第二章

概要设计
2.1系统结构
2.1.1系统结构层次图

输入进程信息
创建结点
插入接点
输入进程信息
创建结点
插入接点
处理机管理模拟系统
运行程序
显示结果
创建进程
输入进程信息
创建结点
插入接点
图2-1处理机管理系统层次图
2.1.2系统功能说明
a. 创建进程模块：
创建进程模块在输入进程页面输入要创建的进程数，输入后逐个将进程信息录入插入到就绪队列中，完成进程的创建过程。
b. 运行程序模块：
此模块实现时间片轮转调度算法，从就绪队列中取出进程结点，并模拟运行该进程，反复循环，直至进程全部运行结束。每次运行进程后，将运行信息存入到文件中，实现信息的持久化。方便信息的记录，系统功能的分析和出错时便于检查错误。
c. 显示结果模块：
从文件中读入进程运行的结果，在图形界面下操作，提供友好的用户操作方式，方便直观的了解模拟进程的调度过程，便于数据分析和研究。

2.2算法描述
a. 在创建进程界面将进程信息录入，将进程控制块进行包装，插入到循环队列中；
b. 当运行程序时，每次从就绪队列队首取出一个进程pntmp，判断是pntmp进程否到达。到达则运行该进程；
c. 若pntmp进程为首次运行，则记录进程开始运行时间startTime；
d. 运行完pntmp进程后，输出进程运行信息，并将此结点移至队尾；
e. 若循环队列长度size>0,则返回执行b；否则结束程序；

第三章 详细设计
3.1系统程序流程图

Y
Y
N
开始
显示主界面
输入进程数num

i=0

i<num

输入进程名pname;运行时间rumtime 到达时间arrivetime

插入到循环队列中

从队列首部head取出一个进程pntmp
判断pntmp进程是否到达
当前进程是否已完成
运行pntmp进程,运行时间-100
a
b
c
b
N
Y
N

图3-1程序流程图
运行结束
a
查找下一个进程
b
当前进程是否已完成
置当前进程状态为false
N
c
是否有下一个进程
Y
Y
显示运行结果
N

3.2内部接口设计
3.2.1系统框架接口run（）
public void run(){//创建系统主页的框架
//1.创建框架frame
//2.设置相关属性
}

3.2.2增加面板组件接口addComponentsTpPane()
public static void addComponentsTpPane(Container pane){
//1.设置布局方式
//2.创建系统功能按钮
//3.注册按钮
//4.监听按钮动作，并产生相应操作，执行对应的功能
}
3.2.3创建进程接口createFrame()
public static void createFrame(){
class createInputFrame extends Frame implements ActionListener{ //局部内部类实现创建进程的界面
//窗体按钮等属性的定义
public createInputFrame(String str){ //创建进程输入窗口
}
void panelCreateProIndex(){ //进程输入首页面
}
void panelCreateProInput(){ //进程信息输入页面
}
public void actionPerformed(ActionEvent e) {//监听器
}
}
createInputFrame cf=new createInputFrame("进程创建");//实例 化
}
3.2.4运行程序接口runFrame()
public static void runFrame(){ //1.创建运行窗口界面
int currenttime=0; //记录系统当前时间
while(size!=0){

//2.运行时间片轮转调度算法，并记录信息
}
try { //3将运行信息存入文件
String file="D:\\Java\\Processor\\myfile.txt";
} catch (IOException e1) {
}
}
3.2.5显示结果接口resultFrame()
public static void resultFrame(){
//1.创建显示结果窗体
JFrame jf=new JFrame("显示运行结果");
//2.打开文件
final JTextArea jta=new JTextArea(16,50);
openbutton.addActionListener(new ActionListener(){
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
//3.将文件内容读到文本框中
}
});
}
3.3用户接口
用户启动此处理机管理模拟系统后，即可方便的进行操作。以下为用户使用此软件时的图形接口：

a. 系统主界面(图3-2)：
图3-2

图3-3
b. 进程创建页面（图3-3）：

第四章 系统实现
4.1编码实现
系统采用高级语言Java设计实现，程序容易阅读，易于测试，容易调试，方便维护。并且Java为当今最流行的编程语言，有其独到的优点；程序代码符合基本编程规范，方法，属性命名能体现程序的功能。
4.2单元测试
4.2.1创建进程模块
a. 测试数据
进程数num: 2
进程名 进程运行时间 进程到达时间
神舟1号 800 0
神舟2号 300 100
b. 预期输出
无输出结果，但创建进程模块将输入数据存入内存，并结束输入返回主界面。
c. 运行结果
①　 进程数输入界面（图4-1）：

图4-1

②　 进程信息输入界面（图4-2）：
图4-2

4.2.2运行程序模块
a. 测试数据
进程数num:2
进程名 进程运行时间 进程到达时间
神舟1号 800 0
神舟2号 300 100
b. 预期输出
系统时间 进程名 剩余时间 已运行次数 进程状态 周转时间
0 神舟1号 700 1 true
100
200 神舟1号 600 2 true
300 神州2号 200 1 true
400 神舟1号 500 3 true
500 神州2号 100 2 true
600 神舟1号 400 4 true
700 神州2号 100 3 false 700
800 神舟1号 300 5 true
900 神舟1号 200 6 true
1000 神舟1号 100 7 true
1100 神舟1号 100 8 false 1200

c. 运行结果（图4-3）

图4-3

4.2.3结果显示模块
a. 测试数据
无需测试数据
b. 预期输出
文件正常打开，在终端显示相关控制信息及内容；在用户界面显示文件内进程运行时的信息内容及运行的结果；合法的输出；
c. 运行结果（图4-4）

图4-4

4.3遇到的问题
1) 布局管理器实现页面布局时，不能很好的显示在桌面上。对GridLayout，FlowLayout，BorderLayout,CradLyaout等布局管理器还不是很熟悉。
2) 对系统结构的划分不当，没有实现界面和数据处理的分离；
3) 对用户的非法操作做了处理，但并没有完全找出处理错误操作的方法；
4) 没有充分理解将要设计的系统结构，系统层次结构不够清晰；

第五章

自我评价与总结
通过本次课程设计，我对操作系统中的处理机的调度算法有了进一步的理解。在对时间片轮转算法进行设计实现的过程中，自己同时也自学了JavaGUI编程，对图形用户界面编程从理论上的认识走向了亲身实践。只有亲自动手编程才能对所学到的内容有深刻的理解，所谓“实践出真知”。此处理机管理模拟系统能够方便直观地显示出基于时间片轮转调度算法的模拟调度过程，方便了该系统用户的处理机调度算法的学习和研究
实验过程中，查阅了大量的JavaAPI相关文档和处理机调度模拟算法，最终形成自己的思路，完成了系统的功能定义和编码测试。尤其是在编码测试环节，配合控制台的显示功能，能及时发现程序中的错误，处理异常和程序的逻辑错误。在整个课程设计过程中，先后学习新的知识并巩固了已学到的进程调度，文件操作，异常处理机制，Java的高级类特性，面向对象程序设计，线程操作的相关技术和知识。此外，编写处理机管理模拟系统相关文档也使我对规范化编码和书写相关说明文档进一步规范和熟练。在实验过程中也遇到了许多的问题，有的至今也没有找出好的解决方案。例如，自己过早的急于编码实现，造成了系统的结构层次不够清晰，系统界面与系统功能的实现为实现分离，为以后设计实现软件提供了很好的警示作用。
短短一周的课程设计，我学到了用java编码实现自己从未做过的一些实践，提高了自己的动手能力，反复修改代码的过程中提高了自己独立思考问题的能力。在此特别感谢各位老师的指导，有了老师们的支持，才会使我更加圆满的完成此次课题的设计。不懈的努力使自己向实用型人才更迈进了一步，增加自己的实力，增加了自己的竞争力。

参考文献
1>java API 文档 《JDK_API_1.6.0_CN.CHM》 ；
2>赵俊生、马志强著 《内蒙古工业大学课程设计说明书书写规范》2013年1月
3>刘中兵著 《Java高手真经（编程基础卷：Java核心编程技术）》 北京：电子工业出版社2009年3月
4>郑莉 王行言 马素霞著 《Java语言程序设计》 北京：清华大学出版社 2010年7月
5>张尧学著 《计算机操作系统教程（第三版）》 北京:清华大学出版社，2006年
6>汤子瀛主编《计算机操作系统（第三版）》 西安:西安电子科技大学出版社，2001年
7>王鹏等编 《零基础学Java》北京：机械工业出版社 2008年1月

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