昆明理工大学进程管理实验报告

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告

（ 2010 —2011 学年 第 二 学期 ）

课程名称：操作系统 开课实验室： 年 月 日

目录

一、

二、

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

四、

五、

六、 实验目的 ................................................................................................................................................. 1 实验原理及基本技术路线图 ................................................................................................................. 1 进程的状态转换图 ................................................................................................................................. 2 各原语的功能说明 ................................................................................................................................. 2 多级反馈队列调度算法的描述 ......................................................................................................... 3 程序功能结构图 ..................................................................................................................................... 4 流程图..................................................................................................................................................... 4 数据结构定义 ......................................................................................................................................... 5 主要变量的说明 ..................................................................................................................................... 6 函数的说明 ............................................................................................................................................. 6 实验方法、步骤 ..................................................................................................................................... 6 实验过程原始记录 ............................................................................................................................... 18 实验结果、分析和结论 ....................................................................................................................... 21

一、 实验目的

通过编写进程管理的算法，要求学生掌握整个进程管理的各个环节，进程的数据结构描述，进程的各种状态之间的转换，以及进程的调度算法。以加深对进程的概念及进程调度算法的理解，并且提高链表的应用能力，达到提高编程能力的目的。

二、 实验原理及基本技术路线图（方框原理图）

用C语言或C++语言开发。需要定义PCB的数据结构，用链表的形式管理进程，采用

多级反馈队列调度的算法模拟进程的控制。要求有创建、撤销、调度、阻塞、唤醒进程等功能。

1. 进程的状态转换图：

2. 各原语的功能说明:

-进程创建原语：进程创建是调用创建原语来实现。创建原语扫描系统的PCB链表，在找到一定PCB 链表之后，填入调用者提供的有关参数（这些参数包括：进程名、进程优先级P0、进程正文段起始地址d0、资源清单R0等），最后形成代表进程的PCB结构。

-进程撤销（终止）: 撤消原语首先检查PCB进程链或进程家族，寻找所要撤消的进程是否存在。 如果找到了所要撤消的进程的PCB结构，则撤消原语释放该进程所占有的资源之后，把 对应的PCB结构从进程链或进程家族中摘下并返回给PCB空队列。如果被撤消的进程有自己的子进程，则撤消原语先撤消其子进程的PCB结构并释放子进程所 占用的资源之后，再撤消当前进程的PCB结构和释放其资源。

-阻塞原语：当发生引起阻塞的事件时，该原语被该进程自己调用来阻塞自己。阻塞原语在阻塞一 个进程时，由于该进程正处于执行状态，故应先中断处理机和保存该进程的CPU现场。然后将被阻塞进程置“阻塞”状态后插入等待队列中，再转进程调度程序选择新的就绪进程投入运行。

-唤醒原语：当等待队列中的进程所等待的事件发生时，等待该事件的所有进程都将被唤醒。一个 处于阻塞状态的进程不可能自己唤醒自己。唤醒一个进程有两种方法：一种是由系统进程唤醒。另一种是由事件发生进程唤醒。当由系统进程唤醒等待进程时，系统进程统一控制事件的发生并将“事件发生”这一消息通知等待进程。从而使得该进程因等待事件已发生而进入就绪队列。等待进程也可由事件发生进唤醒。由事件发生进程唤醒时，事件发生进程和被唤醒进程之间是合作关系。因此，唤醒原语既可被系统进程调用，也可被事件发生进程调用。我们称调用唤醒原语的进程为唤醒进程。

3. 多级反馈队列调度算法的描述：

(1) 应设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。 第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同，在优先权愈高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就愈小。例如，第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍，„„，第i+1个队列的时间片要比第i个队列的时间片长一倍。 图 3-5 是多级反馈队列算法的示意。

(2) 当一个新进程进入内存后，首先将它放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如它能在该时间片内完成，便可准备撤离系统；如果它在一个时间片结束时尚未完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾，再同样地按FCFS原则等待调度执行；如果它在第二队列中运行一个时间片后仍未完成，再依次将它放入第三队列，„„，如此下去，当一个长作业(进程)从第一队列依次降到第n队列后，在第n队列中便采取按时间片轮转的方式运行。

(3) 仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行； 仅当第1~(i-1) 队列均空时，才会调度第i队列中的进程运行。如果处理机正在第i队列中为某进程服务时，又有新进程进入优先权较高的队列(第1~(i-1)中的任何一个队列)，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机，即由调度程序把正在运行的进程放回到第i队列的末尾，把处理机分

配给新到的高优先权进程。

4. 程序功能结构图：

5. 流程图：

6. 数据结构定义：

char name[20]; /*进程的名字*/

int supernumber; /*进程的优先级*/

int round; /*分配CPU的时间片*/

int cputime; /*CPU执行时间*/

int needtime; /*进程执行所需要的时间*/

char state; /*进程的状态，W——就绪态，R——执行态，F——完成态*/ int count; /*记录执行的次数*/

struct node *next; /*链表指针

*/

7. 主要变量的说明：

PCB *run=NULL,*finish=NULL; /*定义三个队列，就绪队列，执行队列和完成队列*/ ReadyQueue *Head = NULL; /*定义第一个就绪队列*/

int num; /*进程个数*/

int ReadyNum; /*就绪队列个数*/

8. 函数的说明：

void Output(); /*进程信息输出函数*/

void InsertFinish(PCB *in); /*将进程插入到完成队列尾部*/

void Insertsupernumber(ReadyQueue *in); /*创建就绪队列，规定优先数越小，优先级越低*/

void supernumberCreate(); /*创建就绪队列输入函数*/

void GetFirst(ReadyQueue *queue); /*取得某一个就绪队列中的队头进程*/ void InsertLast(PCB *in,ReadyQueue *queue); /*将进程插入到就绪队列尾部*/ void ProcessCreate(); /*进程创建函数*/

void RoundRun(ReadyQueue *timechip); /*时间片轮转调度算法*/

void MultiDispatch(); /*多级调度算法，每次执行一个时间片*/

三、 三、所用仪器、材料（设备名称、型号、规格等）。

计算机一台

四、 实验方法、步骤

# include

# include

# include

# include

typedef struct node /*进程节点信息*/

{

char name[20]; /*进程的名字*/

int supernumber; /*进程的优先级*/

int round; /*分配CPU的时间片*/

int cputime; /*CPU执行时间*/

int needtime; /*进程执行所需要的时间*/

char state; /*进程的状态，W——就绪态，R——执行态，F——完成态*/ int count; /*记录执行的次数*/

struct node *next; /*链表指针*/

}PCB;

typedef struct Queue /*多级就绪队列节点信息*/

{

PCB *LinkPCB; /*就绪队列中的进程队列指针*/

int supernumber; /*本就绪队列的优先级*/

int round; /*本就绪队列所分配的时间片*/

struct Queue *next; /*指向下一个就绪队列的链表指针*/

}ReadyQueue;

PCB *run=NULL,*finish=NULL; /*定义三个队列，就绪队列，执行队列和完成队列*/ ReadyQueue *Head = NULL; /*定义第一个就绪队列*/

int num; /*进程个数*/

int ReadyNum; /*就绪队列个数*/

void Output(); /*进程信息输出函数*/

void InsertFinish(PCB *in); /*将进程插入到完成队列尾部*/

void Insertsupernumber(ReadyQueue *in); /*创建就绪队列，规定优先数越小，优先级越低*/

void supernumberCreate(); /*创建就绪队列输入函数*/

void GetFirst(ReadyQueue *queue); /*取得某一个就绪队列中的队头进程*/

void InsertLast(PCB *in,ReadyQueue *queue); /*将进程插入到就绪队列尾部*/ void ProcessCreate(); /*进程创建函数*/

void RoundRun(ReadyQueue *timechip); /*时间片轮转调度算法*/

void MultiDispatch(); /*多级调度算法，每次执行一个时间片*/

void Output() /*进程信息输出函数*/

{

ReadyQueue *print = Head;

PCB *p;

printf("进程名\t优先级\t轮数\tcpu时间\t需要时间\t进程状态\t计数器\n"); while(print)

{

if(print ->LinkPCB != NULL) { p=print ->LinkPCB; while(p) { printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->supernumber,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);

p = p->next; } } print = print->next;

}

p = finish;

while(p!=NULL)

{

printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->supernumber,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);

p = p->next;

}

p = run;

while(p!=NULL)

{

printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->supernumber,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);

p = p->next;

}

}

void InsertFinish(PCB *in) /*将进程插入到完成队列尾部*/

{

PCB *fst;

fst = finish;

if(finish == NULL)

{

in->next = finish; finish = in;

}

else

{

while(fst->next != NULL) { fst = fst->next; } in ->next = fst ->next; fst ->next = in;

}

}

void Insertsupernumber(ReadyQueue *in) /*创建就绪队列，规定优先数越小，优先级越低*/

{

ReadyQueue *fst,*nxt;

fst = nxt = Head;

if(Head == NULL) /*如果没有队列，则为第一个元素*/

{

in->next = Head; Head = in;

}

else /*查到合适的位置进行插入*/

{

队头*/

if(in ->supernumber >= fst ->supernumber) /*比第一个还要大，则插入到{ in->next = Head; Head = in; }

else { while(fst->next != NULL) /*移动指针查找第一个别它小的元素的位置进行插入*/

{ nxt = fst; fst = fst->next; } if(fst ->next == NULL) /*已经搜索到队尾，则其优先级数最小，将其插入到队尾即可*/

{ in ->next = fst ->next; fst ->next = in; } else /*插入到队列中*/ { nxt = in; in ->next = fst; } }

}

}

void supernumberCreate() /*创建就绪队列输入函数*/

{

ReadyQueue *tmp;

int i;

static int j=0;

printf("输入就绪队列的个数：\n");

scanf("%d",&ReadyNum);

printf("每个就绪队列的CPU时间片：(优先级和时间片成反比)\n");

for(i = 0;i

{

if((tmp = (ReadyQueue *)malloc(sizeof(ReadyQueue)))==NULL) { perror("malloc"); exit(1); } tmp->round=int(pow(2.0,(++j))); /*输入此就绪队列中给每个进程所分配的CPU时间片*/

printf("%d \n",tmp->round); tmp ->supernumber = 50 - tmp->round; /*设置其优先级，时间片越高，其优先级越低*/

tmp ->LinkPCB = NULL; /*初始化其连接的进程队列为空*/ tmp ->next = NULL; Insertsupernumber(tmp); /*按照优先级从高到低，建立多个就绪队列*/ }

}

void GetFirst(ReadyQueue *queue) /*取得某一个就绪队列中的队头进程*/ {

run = queue ->LinkPCB;

if(queue ->LinkPCB != NULL)

{

run ->state = 'R'; queue ->LinkPCB = queue ->LinkPCB ->next; run ->next = NULL;

}

}

void ProcessCreate() /*进程创建函数*/

{

PCB *tmp;

int i;

static int j=1;

printf("输入进程的个数：\n");

scanf("%d",&num);

for(i = 0;i

{

if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL) { perror("malloc"); exit(1); } printf("输入%d进程名字：\n",j); scanf("%s",tmp->name); getchar(); printf("输入%d进程时间：\n",j++);/*吸收回车符号*/ scanf("%d",&(tmp->needtime)); tmp ->cputime = 0; tmp ->state ='W'; tmp ->supernumber = 50 - tmp->needtime; /*设置其优先级，需要的时间越

多，优先级越低*/

tmp ->round = Head ->round; tmp ->count = 0; InsertLast(tmp,Head); /*按照优先级从高到低，插入到就绪队列*/ }

system("cls");

}

void InsertLast(PCB *in,ReadyQueue *queue) /*

{

PCB *fst;

fst = queue->LinkPCB;

if( queue->LinkPCB == NULL)

{

in->next = queue->LinkPCB;

queue->LinkPCB = in;

}

else

{

while(fst->next != NULL)

{

fst = fst->next;

}

in ->next = fst ->next;

fst ->next = in;

}

}

将进程插入到就绪队列尾部*/

void RoundRun(ReadyQueue *timechip) /*时间片轮转调度算法*/

{

int flag = 1;

GetFirst(timechip);

while(run != NULL)

{

while(flag)

{

run->count++;

run->cputime++;

run->needtime--;

if(run->needtime == 0) /*进程执行完毕*/

{

run ->state = 'F';

InsertFinish(run);

flag = 0;

}

else if(run->count == timechip ->round)/*时间片用完*/ {

run->state = 'W';

run->count = 0; /*计数器清零，为下次做准备*/

InsertLast(run,timechip);

flag = 0;

}

}

flag = 1;

GetFirst(timechip);

}

}

void MultiDispatch() /*多级调度算法，每次执行一个时间片*/

{

int flag = 1;

int k = 0;

ReadyQueue *point;

point = Head;

GetFirst(point);

while(run != NULL)

{

Output();

if(Head ->LinkPCB!=NULL)

point = Head;

while(flag)

{

run->count++;

run->cputime++;

run->needtime--;

if(run->needtime == 0) /*进程执行完毕*/

{

run ->state = 'F';

InsertFinish(run);

flag = 0;

}

else if(run->count == run->round)/*时间片用完*/

{

run->state = 'W'; run->count = 0; /*计数器清零，为下次做准备*/ if(point ->next!=NULL) { run ->round = point->next ->round;/*设置其时间片是下一个就绪队列的时间片*/

InsertLast(run,point->next); /*将进程插入到下一个就绪队列中*/

flag = 0; } else { RoundRun(point); /*如果为最后一个就绪队列就调用时间片轮转算法*/

break; } } } flag = 1; if(point ->LinkPCB == NULL)/*就绪队列指针下移*/ point =point->next; if(point ->next ==NULL) { RoundRun(point); break; } GetFirst(point);

}

}

int main( )

{

printf("\t\t\t\t进程管理\n");

supernumberCreate(); /*创建就绪队列*/ ProcessCreate();/*创建就绪进程队列*/ printf("\t\t\t\t进程调度\n");

for(int i=0;i

Output(); /*输出最终的调度序列*/

return 0;

}

五、 实验过程原始记录(数据、图表、计算等)

六、

实验结果、分析和结论（误差分析与数据处理、成果总结等。其中，绘制

曲线图时必须用计算纸）

很多进程调度方法都有一定的局限性，如短进程优先的调度法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，而且如果并未指明进程的长度，则段进程优先和基于进程长度的抢占调度算法，都将无法使用，而多级反馈队列调度算法，则不必事先知道各种进程所需的时间，而且还可以满足各种类型进程的需要，因而它是目前被公认为的一种较好的进程调度算法。

同时通过编写进程管理的算法，我大体掌握整个进程管理的各个环节，基本描述进程的数据结构，进程的各种状态之间的转换，以及进程的调度算法。加深了对进程的概念及进程调度算法的理解，并且提高链表的应用能力，达到提高编程能力的目的

在制作这个程序时，对于链表知识的欠缺是一个十分大的阻碍，在参照数据结构的同时我完成了这个实验，对我而言这是一个突破。同时也加深我对程序编写的兴趣。