实验二进程调度的设计与实现.doc

院 系：计 算 机 学 院

实验课程： 操作系统
实验项目：进程调度的设计与实现
指导老师： 陈红英老师
开课时间：2023 ～ 2023年度第 2学期
专 业：网络工程
班 级：10级
学 生：yuth
学 号：*

一、实验项目名称
进程调度的设计与实现

二、实验目的及规定
1、 综合应用下列知识点设计并实现操作系统的进程调度：邻接表，布尔数 组，非阻塞输入，图形用户界面 GUI，进程控制块，进程状态转换，多级反馈队列进程调度算法。
2、 加深理解操作系统进程调度的过程。
3、 加深理解多级反馈队列进程调度算法。

三、实验重要硬件软件环境
32位PC机，VC++6

四、实验内容及环节
1、采用一种熟悉的语言，如 C、PASCAL 或 C++等，编制程序，最佳关键代码采用 C/C++，界面设计可采用其它自己喜欢的语言。
2、采用多级反馈队列调度算法进行进程调度。
3、每个进程相应一个 PCB 。在PCB 中涉及进程标记符pid、进程的状态标记 status、进程优先级 priority、进程的队列指针 next 和表达进程生命周 期的数据life（在实际系统中不涉及该项）。
4、创建进程时即创建一个 PCB，各个进程的 pid 都是唯一的，pid 是在 1 到 100 范围内的一个整数。可以创建一个下标为 1 到 100 的布尔数组， “真”表达下标相应的进程标记号是空闲的，“假”表达下标相应的进程标记号已分派给某个进程。
5、进程状态 status 的取值为“就绪 ready ”或“运营 run ”，刚创建时，状态为“ready ”。被进程调度程序选中后变为“run ”。
6、进程优先级 priority 是 0 到 49 范围内的一个随机整数。
7、进程生命周期 life 是 1 到 5 范围内的一个随机整数。
8、初始化时，创建一个邻接表，包含 50 个就绪队列，各就绪队列的进程优先级 priority 分别是 0 到 49 。
9、为了模拟用户动态提交任务的过程，规定动态创建进程。进入进程调度 循环后，每次按 ctrl+f 即动态创建一个进程，然后将该 PCB 插入就绪队列中。按 ctrl+q 退出进程调度循环。
10、在进程调度循环中，每次选择优先级最大的就绪进程来执行。将其状态从就绪变为运营，通过延时一段时间来模拟该进程执行一个时间片的过程，然后优先级减半，生命周期减一。设计图形用户界面 GUI，在窗口中显示该进程和其他所有进程的 PCB 内容。假如将该运营进程的生命周期不为 0，则重新把它变为就绪状态，插入就绪队列中；否则该进程执行完毕，撤消其 PCB 。以上为一次进程调度循环。

五、实验设计
（一）、需求分析
1、 采用一种熟悉的语言，如 C、PASCAL 或 C++等，编制程序，最佳关键代码采用 C/C++，界面设计可采用其它自己喜欢的语言。
2、 采用多级反馈队列调度算法进行进程调度。
3、 规定动态创建进程。进入进程调度 循环后，每次按 ctrl+f 即动态创建一个进程，然后将该 PCB 插入就绪队列中。按 ctrl+q 退出进程调度循环。

（二）具体设计
1、总体设计方案流程图

2、创建进程函数

3、进程调度函数

4、使用的数据结构
（一）、进程的PCB结构
//进程队列节点(由于仅仅是模拟实验，这里无动作)
struct process
{

};

//进程控制块PCB
struct PCB
{
int pid; //进程标记符
string status; //进程的状态标记，取值为“就绪 ready ”或“运营 run ”
int priority; //进程优先级,0 到 49 范围内的一个随机整数。
process *next; //进程的队列指针
int life; //进程生命周期,1 到 5 范围内的一个随机整数。

void operator = (PCB p)//运算符=重载
{
pid=p.pid;
status=p.status;
priority=p.priority;
next=p.next;
life=p.life;
}

};

//就绪队列节点
struct readyque
{
PCB pc;
struct readyque *next;
void operator = (readyque r) //运算符=重载
{
pc=r.pc;
next=r.next;
}

};

（二）、进程调度类threadmanager
成员：
class threadmanager
{
private:
bool pidarray[101] ; //“真”表达下标相应的进程标记号是空闲的，“假”表达下标相应的进程标记号已分派给某个进程。
struct readyque adj[50]; //邻接表
public:
threadmanager(); //构造函数
void run(); //运营进程调度程序（对外的接口）
bool newpro(); //新建一个进程的函数
void Manage_Draw(); //进程调度并将进程调度的情况显示在屏幕上
void Drawpro(int priority); //画出优先级比正在运营进程优先级低的其他进程

};

六、重要功能模块
（一）、构造函数
threadmanager::threadmanager()
{
int i;
//初始化邻接表
for(i=0;i<50;i++)
adj[i].next=NULL;

//“真”表达下标相应的进程标记号(1~100)是空闲的，“假”表达下标相应的进程标记号已分派给某个进程。
for(i=0;i<101;i++)
pidarray[i]=true; //刚开始每个进程标记号都是空闲的。
}

（二）、运营进程调度程序。
功能：监听各个按键并作出相应动作
void threadmanager::run()
{
int c;

srand( (unsigned)time( NULL ) );//srand()函数产生一个以当前时间开始的随机种子
while(1)
{
// cout<<"请输入要进行的操作：Ctrl+f(新建进程) Ctrl+r(开始调度) Ctrl+q(停止调度)"<<endl;
cout<<"Please input the key you want to do"<<endl;
cout<<" Ctrl+f(new thread), Ctrl+r(start manager) Ctrl+q(stop manager)"<<endl;

//检查当前是否键盘输入，若有则返回一个非0值，否则返回0
if(!_kbhit())
{
c=_getch(); //_getch返回的是键的ascii
switch(c)
{
case 0x6: //Ctrl+f(新建进程)
srand( (unsigned)time( NULL ) );//srand()函数产生一个以当前时间开始的随机种子
newpro();
break;
case 0x12: //Ctrl+r(开始调度)
Manage_Draw();
break;
case 0x11: //Ctrl+q(停止调度)
;
}
}
}
}

//进程调度并将进程调度的情况显示在屏幕上
void threadmanager::Manage_Draw()
{
readyque *rq=NULL,*tmpr=NULL;
int i,j=0;

// cout<<" 优先级 标记符 状态标记 生命周期"<<endl;
cout<<" priority pid status life"<<endl;

j=1;
for(i=49;i>=0;i--) //找优先级最大的进程来执行
{
if(adj[i].next!=NULL) //当相应的就绪队列不为空时
{

rq=adj[i].next; //从就绪队列取出一个进程执行。
adj[i].next=rq->next;
rq->pc.status="run";

Sleep(1500); //通过延时一段时间来模拟该进程执行一个时间片的过程.

//画优先级
cout<<" **"<<rq->pc.priority<<"**";

//画一次进程的调度情况
//1、画正在运营进程的PCB
//设立下一个输出文本的字体颜色：绿色
SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE),FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_GREEN);

cout<<"--->**"<<rq->pc.pid<<"**"<<rq->pc.status<<"**"<<rq->pc.life<<"**";

//2、画优先级与正在运营进程相同的其他进程的PCB(假如有的话)
// 设立下面输出文本的字体颜色：白色
SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE),FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_RED | FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_BLUE);

tmpr=adj[i].next;
while(tmpr!=NULL) //当相应的就绪队列不为空时
{
cout<<"--->**"<<tmpr->pc.pid<<"**"<<tmpr->pc.status<<"**"<<tmpr->pc.life<<"**";
tmpr=tmpr->next;
j++;
if( j%3 ==0)
cout<<endl<<" ";
}
cout<<endl;

//3、画出优先级比正在运营进程优先级低的其他进程
Drawpro(i);

(rq->pc.priority) /= 2; //优先级减半
(rq->pc.life) -= 1; //生命周期减一
//假如该运营进程的生命周期不为0，则重新把它变为就绪状态，插入就绪队列中
if(rq->pc.life > 0)
{
rq->pc.status="ready";
rq->next = adj[rq->pc.priority].next;
adj[rq->pc.priority].next=rq;
}
else //否则将其进程号归还。
pidarray[i]=true;

break; //一次进程调度循环结束。
}//end of if

}//end of for
cout<<"one time manager have finish!"<<endl<<endl;
}

//画出优先级比正在运营进程优先级低的其他进程
void threadmanager::Drawpro(int priority) //priority记录正在运营进程的优先级
{
readyque *rq=NULL;
int j;

for(int i=priority-1;i>=0;i--)
{
rq=adj[i].next;
if(rq!=NULL)
{
//画优先级
cout<<" **"<<i<<"**";
j=0;
while(rq!=NULL) //当相应的就绪队列不为空时
{
cout<<"--->**"<<rq->pc.pid<<"**"<<rq->pc.status<<"**"<<rq->pc.life<<"**";
rq=rq->next;
j++;
if( j%3 ==0)
cout<<endl<<" ";

}
cout<<endl;
}
}
}

//新建一个进程的函数
bool threadmanager::newpro()
{
struct readyque *t = NULL;

// srand( (unsigned)time( NULL ) );//srand()函数产生一个以当前时间开始的随机种子

for(int i=1;i<101;i++)
{
if(pidarray[i]==true) //找一个空的进程号
{
t=new readyque;
t->pc.pid=i;
pidarray[i]=false; //宣布该进程号已被使用。
t->pc.status="ready";

t->pc.priority = rand()%50;//随机产生优先级（随机域为0~49）。
t->pc.next=NULL;
t->pc.life=rand()%5+1; //随机产生生命周期（随机域为1~5）。
t->next=adj[t->pc.priority].next;
adj[t->pc.priority].next=t; //将新建的进程的PCB插入就绪队列

return true; //创建进程成功
}
}

return false; //找不到空的进程号，创建进程失败

}

七、实验结果及分析
（一）、新建进程
连续15次按下Ctrl+F键后新建15个进程：

（二）、开始调度
每按一次Ctrl+R将进行一次进程调度：

（三）、在一次进程调度完毕后按下Ctrl+F将新建一个进程：

从上图的绿色部分可以看出按下Ctrl+F键后新建一个优先级为39，pid为15的进程。

（四）、按下Ctrl+Q键后将停止调度，输出提醒信息：

八、实验总结
通过这次实验我加深理解了操作系统进程调度的过程和多级反馈队列进程调度算法。长时间不用C++写代码未免有些生疏，这次实验同时让我复习了随机数的用法和链表的使用。实验花费时间的往往是那些看似微局限性道的细节上，比如链表的用法：由于输出进程信息到屏幕上时修改了指针，导致就绪队列中进程PCB丢失，调试了很久才发现这问题。
这次实验局限性的地方就是本人对MFC编程不熟悉，只能在控制台下实现，用户界面不是很好。