实验三时间片轮转算法和优先级调度算法模拟实现
一、 实验任务
1. 设计进程控制块PCB的结构，通常应包括如下信息：
进程名、进程优先数（或轮转时间片数）、进程已占用的CPU时间、进程到完成还需要的时间、进程的状态、当前队列指针等。
2.编写两种调度算法程序：
优先级调度算法
时间片轮转调度算法
3. 按要求输出结果。
二、实验目的
1. 加深理解有关进程控制块、进程队列等概念。
2. 体会和了解优先级调度算法和时间片轮转算法的具体实施办法。
三、实验环境
1. 一台运行Windows 7操作系统的计算机。
2. 选用以C、C++、visual c++、Java等任何一种语言。
四、实验要求
1. 在程序编制中，应有数据显示，最好采用图形界面显示。
2. 用户可以选择哪种方式进行调度，有优先级调度算法和时间片轮转法两种，但在开始调度前要创建好进程，在创建的过程中，如选择的是优先算法，则按优先级插到队列后面，若是一般的轮转法则直接插到就绪队列后面即可；完成对进程的创建后就调用相应的调度算法进行调度。
3. 实验课时：4课时。
五、实验准备知识
分别用两种调度算法对多个进程进行调度。每个进程可有三种状态；执行状态（run）、就绪状态（ready,包括等待状态）和完成状态（finish），并假定初始状态为就绪状态。
（一）进程控制块结构如下：
name——进程标示符
prio/round——进程优先数/进程每次轮转的时间片数（设为常数2）
cputime——进程累计占用CPU的时间片数
needtime——进程到完成还需要的时间片数
state——进程状态
next——链指针
注：
1.为了便于处理，程序中进程的运行时间以时间片为单位进行计算；
2.各进程的优先数或轮转时间片数，以及进程运行时间片数的初值，均由用户在程序运行时给定。
（二）进程的就绪态和等待态均为链表结构，共有四个指针如下：
run——当前运行进程指针
ready——就绪队列头指针
tail——就绪队列尾指针
finish——完成队列头指针
（三）程序说明
1. 在优先级调度算法中，进程优先数的初值设为： 50-needtime
每执行一次，优先数减1，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。
在时间片轮转法中，采用固定时间片单位（两个时间片为一个单位），进程每轮转一次，CPU时间片数加2，进程还需要的时间片数减2，并退出CPU，排到就绪队列尾，等待下一次调度。
2. 程序的模块结构提示如下：
整个程序可由主程序和如下7个过程组成：
（1）insert1——在优先级调度算法中，将尚未完成的PCB按优先数顺序插入到就绪队列中；
（2）insert2——在时间片轮转法中，将执行了一个时间片单位（为2），但尚未完成的进程的PCB，插到就绪队列的队尾；
（3）firstin——调度就绪队列的第一个进程投入运行；
（4）prt/prt1/prt2——显示每执行一次后所有进程的状态及有关信息。
（5）create1/create2——创建新进程，并将它的PCB插入就绪队列；
（6）priority——按优先级调度算法调度进程；
（7）roundrun——按时间片轮转法调度进程。
主程序定义PCB结构和其他有关变量。
（四）运行和显示
程序开始运行后，首先提示：请用户选择算法，输入进程名和相应的needtime值。
每次显示结果均为如下5个字段：
name cputime needtime priority state
注：
1．在state字段中，"R"代表执行态，"W"代表就绪（等待）态，"F"代表完成态。
2．应先显示"R"态的，再显示"W"态的，再显示"F"态的。
3．在"W"态中，以优先数高低或轮转顺序排队；在"F"态中，以完成先后顺序排队。
六、程序源代码及注释
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> typedef struct node { char name[10]; /*进程标识符*/
int prio; /*进程优先数*/
int round; /*进程时间轮转时间片*/
int cputime; /*进程占用CPU时间*/
int needtime; /*进程到完成还要的时间*/
int count; /*计数器*/
char state; /*进程的状态*/
struct node *next; /*链指针*/ }PCB; PCB *finish,*ready,*tail,*run; /*队列指针*/
int N; /*进程数*/
/*将就绪队列中的第一个进程投入运行*/ firstin() { run=ready; /*就绪队列头指针赋值给运行头指针*/ run->state='R'; /*进程状态变为运行态*/ ready=ready->next; /*就绪对列头指针后移到下一进程*/ } void prt1(char a) { if(toupper(a)=='P') /*优先级调度算法*/ printf(" name cputime needtime priority state\n"); else printf(" name cputime needtime count round state\n"); } /*进程PCB输出*/
void prt2(char a,PCB *q) { if(toupper(a)=='P') /*优先级调度算法的输出*/ printf(" %-10s%-10d%-10d%-10d %c\n",q->name, q->cputime,q->needtime,q->prio,q->state); else/*时间片轮转算法的输出*/ printf(" %-10s%-10d%-10d%-10d%-10d %-c\n",q->name, q->cputime,q->needtime,q->count,q->round,q->state); } /*输出函数*/
void prt(char algo) { PCB *p; prt1(algo); /*输出标题*/
if(run!=NULL) /*如果运行指针不空*/ prt2(algo,run); /*输出当前正在运行的PCB*/ p=ready; /*输出就绪队列PCB*/
while(p!=NULL) { prt2(algo,p); p=p->next; } p=finish; /*输出完成队列的PCB*/
while(p!=NULL) { prt2(algo,p); p=p->next; } getchar(); /*压任意键继续*/ } /*优先数的插入算法*/ insert1(PCB *q) { PCB *p1,*s,*r; int b; s=q; /*待插入的PCB指针*/ p1=ready; /*就绪队列头指针*/ r=p1; /*r做p1的前驱指针*/ b=1; while((p1!=NULL)&&b) /*根据优先数确定插入位置*/
if(p1->prio>=s->prio) { r=p1; p1=p1->next; } else b=0; if(r!=p1) /*如果条件成立说明插入在r与p1之间*/ { r->next=s; s->next=p1; } else { s->next=p1; /*否则插入在就绪队列的头*/ ready=s; } } /*轮转法插入函数*/ insert2(PCB *p2) { tail->next=p2; /*将新的PCB插入在当前就绪队列的尾*/ tail=p2; p2->next=NULL; } /*优先数创建初始PCB信息*/
void create1(char alg) { PCB *p; int i,time; char na[10]; ready=NULL; /*就绪队列头指针*/ finish=NULL; /*完成队列头指针*/ run=NULL; /*运行队列指针*/ printf("输入进程名称和运行时间\n"); /*输入进程标识和所需时间创建PCB*/
for(i=1;i<=N;i++ ) { p=malloc(sizeof(PCB)); scanf("%s",na); scanf("%d",&time); strcpy(p->name,na); p->cputime=0; p->needtime=time; p->state='w'; p->prio=50-time; if(ready!=NULL) /*就绪队列不空调用插入函数插入*/ insert1(p); else { p->next=ready; /*创建就绪队列的第一个PCB*/ ready=p; } } //clrscr();
printf(" 优先算法的输出:\n"); printf("************************************************\n"); prt(alg); /*输出进程PCB信息*/ run=ready; /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/ ready=ready->next; run->state='R'; } /*轮转法创建进程PCB*/
void create2(char alg) { PCB *p; int i,time; char na[10]; ready=NULL; finish=NULL; run=NULL; printf("输入进程的名称和运行时间:\n"); for(i=1;i<=N;i++) { p=malloc(sizeof(PCB)); scanf("%s",na); scanf("%d",&time); strcpy(p->name,na); p->cputime=0; p->needtime=time; p->count=0; /*计数器*/ p->state='w'; p->round=2; /*时间片*/
if(ready!=NULL) insert2(p); else { p->next=ready; ready=p; tail=p; } } //clrscr();
printf(" 简单时间片轮转输出 \n"); printf("************************************************\n"); prt(alg); /*输出进程PCB信息*/ run=ready; /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/ ready=ready->next; run->state='R'; } /*优先级调度算法*/ priority(char alg) { while(run!=NULL) /*当运行队列不空时，有进程正在运行*/ { run->cputime=run->cputime+1; run->needtime=run->needtime-1; run->prio=run->prio-2; /*每运行一次优先数降低2个单位*/
if(run->needtime==0) /*如所需时间为0将其插入完成队列*/ { run->next=finish; finish=run; run->state='F'; /*置状态为完成态*/ run=NULL; /*运行队列头指针为空*/
if(ready!=NULL) /*如就绪队列不空*/ firstin(); /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/ } else /*没有运行完同时优先数不是最大，则将其变为就绪态插入到就绪队列*/
if((ready!=NULL)&&(run->prio<ready->prio)) { run->state='W'; insert1(run); firstin(); /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/ } prt(alg); /*输出进程PCB信息*/ } } /*时间片轮转法*/ roundrun(char alg) { while(run!=NULL) { run->cputime=run->cputime+1; run->needtime=run->needtime-1; run->count=run->count+1; if(run->needtime==0)/*运行完将其变为完成态，插入完成队列*/ { run->next=finish; finish=run; run->state='F'; run=NULL; if(ready!=NULL) firstin(); /*就绪队列不空，将第一个进程投入运行*/ } else
if(run->count==run->round) /*如果时间片到*/ { run->count=0; /*计数器置0*/
if(ready!=NULL) /*如就绪队列不空*/ { run->state='W'; /*将进程插入到就绪队列中等待轮转*/ insert2(run); firstin(); /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/ } } prt(alg); /*输出进程信息*/ } } /*主函数*/ main() { char flag; /*算法标记*/ printf("选择算法类型:P/R(优先算法/轮转法)\n"); scanf("%c",&flag); /*输入字符确定算法*/ printf("输入进程个数:\n"); scanf("%d",&N); /*输入进程数*/
if(flag=='P'||flag=='p') { create1(flag); /*优先级调度算法*/ priority(flag); } else
if(flag=='R'||flag=='r') { create2(flag); /*时间片轮转法*/ roundrun(flag); } }