1423.处理机调度模拟程序操作系统课程设计.doc

课程设计书系别： 计 科 系 专业： 计算机科学与技术 班级： 题目: 处理机调度模拟程序 教师: 姓名： 一 设计题目处理机调度模拟程序选择一个调度算法，实现处理机调度。二、设计要求编写一个进程调度程序，允许多个进程共行的进程调度程序。进程调度算法采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算法。每个进程有一个进程控制块（ PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。 进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为输入进程的时间。进程的运行时间以时间片为单位进行计算。每个进程的状态可以是就绪 W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。 就绪进程获得 CPU后都只能运行一个时间片，用已占用CPU时间加1来表示。如果运行一个时间片后，进程的已占用 CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的 PCB，以便进行检查。重复以上过程，直到所要进程都完成为止1进程调度算法包括：时间片轮转法，短作业优先算法，动态优先级算法。2 可选择进程数量3 本程序包括三种算法，执行时在主界面选择算法（可用函数实现），进入子页面后输入进程数，（运行时间，优先数由随机函数产生），执行，显示结果。三设计目的在多道程序和多任务系统中，系统内同时处于就绪状态的进程可能有若干个。也就是说能运行的进程数大于处理机个数。为了使系统中的进程能有条不紊地工作，必须选用某种调度策略，选择一进程占用处理机。要求学生设计一个模拟处理机调度算法，以巩固和加深处理机调度的概念。四设计分析1、实现原理首先，编写一个进程调度类Main_PCB，一个进程信PCB_block可以创建进程控制块（ PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。 对应成员变量是pcb_Name; pcb_ID;int pcb_Pro; PCB_Begintime(); pcb_Needtime; pcb_Spendtime; pcb_Finishtime;String pcb_Statue; 成员方法是pcb_Work ();可以实例化多个包含相同信息的进程，一个线程类Work允许多个进程共行的进程调度创建各自的模拟任务，由process_Create(int Process_ProcessNum)方法实现创建Process_ProcessNum个进程。接着，编写进程调度算法（1） 最高优先数优先的调度算法HIGH_method()（这里采用把处理机分配给优先数最高的进程）；（2） 先来先服务算法FIFS_method()。 以上，两个方法都是Main_PCB的成员方法，由Main_PCB的主调函数main（）调用call（）方法进行调用。进程的优先数及需要的运行时间这里由由随机数产生。进程的到达时间为创建进程的时间。进程的运行时间以时间片为单位进行计算。 每个进程的状态可以是就绪 W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。这里采用线程的睡眠sleep（）方法实现，最后通过进程的开始时间、执行时间和结束时间，观察进程的执行过程。2、程序执行过程(1)开始执行Main_PCB主调方法main();(2)调用方法process_Create(ProcessNum)创建ProcessNum个进程调用call(method)方法;(a)如果method =1执行FIFS_method()先来先服务算法，接着执行创建进程的个子作业线程;(b)如果method =2执行HIGH_method()最高优先数优先的调度算法，接着执行创建进程的个子作业线程(3)输出程序执行的开始，和结束时间。开始创建num 个进程依此命名为process0,process1,等执行类Main_PCB的主调研方法main()调用call(method)方法判断method的值Method=1Method=2输出出错提示信息执行FIFS_method()执行HIGH_method()输出结果结束3、实现原理图4、实现类图Main_PCBVariableprocessIDProcessNumTimePcb_QueexcuteQueueprocessName+ main（）+ call（）+HIGH_method（）+FIFS_method（）+process_Create（）+printSign（）.PCB_blockpcb_Begintimepcb_Finishtimepcb_IDpcb_Namepcb_Needtimepcb_Needtimepcb_Needtimepcb_Needtime+ pcb_Work()Work+ main()+run()+workMethod()5、实现用到的数据结构根据类图可以分析出所采用的数据结构有：（1） 队列主要完成FIFS_method（）算法，进程的先来先服务；Process0Process1.ProcessN（2） 堆栈主要完成方法的调用时，先调用的后执行；main（）call（）FIFS_method（）main（）call（）FIFS_method（）入栈出栈（3） 数组采用链表主要用来记录进程创建时的信息，为以后观察其创建的初值、运行过程和执行结果；采用链表数组的好处是可以实现数组的长度动态变化；Ararry1HeadArarry2HeadlinkDate1Date2DateN五程序代码Main_PCB如下：package PCB_con;import java.lang.*;import java.lang.Object; import java.io.*;import java.util.*;public class Main_PCB public static int variable;public static int processID ;public static int ProcessNum=5;public static Date Time =new Date();public static PCB_block Pcb_Que = new PCB_blockProcessNum;public static int excuteQueue=new intPcb_Que.length;/public static int sort = new intProcessNum;public static String processName = new StringProcessNum;public static intprocessId = new intProcessNum;public static int processPro =new intProcessNum;public static int processBt= new int2ProcessNum;public static int processSpt =new intProcessNum;public static int processNt =new intProcessNum;public static int processFt =new intProcessNum;public static String processSta = new StringProcessNum;public static Work processWk = new WorkProcessNum;/主调方法public static void main(String args)/int ProcessNum=Integer.parseInt(args0);/命令行输入创建进程的个数；/int callMethod=Integer.parseInt(args0);/命令行输入调用的算法 FIFS值为1 或 优先级值为2；printSign();System.out.println("创建的进程数量是："+ProcessNum);System.out.println();process_Create(ProcessNum);call(1);call(2);/call方法static void call(int callmeth)if (callmeth=1) FIFS_method();else if (callmeth=2) HIGH_method();elseSystem.out.println("没有进程的调度算法被执行！");/最高优先数优先调度public static void HIGH_method()System.out.println();System.out.println("-");System.out.println("-最高优先数算法被调度-");System.out.println("-");System.out.println("公共变量的初值是："+variable);int sort = new intProcessNum;for(int i=0;i<sort.length;i+)sorti=processProi;for(int i=0;i<sort.length;i+)int temp;for(int j=0;j<sort.length-1;j+)if(sortj<sortj+1)temp=sortj;sortj=sortj+1;sortj+1=temp;System.out.println("优先级排序：") ;for(int i=0;i<sort.length;i+)System.out.println(sorti);System.out.println();System.out.println("进程被执行的顺序为：");for(int i=0;i<sort.length ;i+)int j=0;while(sorti!=processProj )if (j<processPro.length-1 )j+;System.out.println("Step "+i+":执行"+processNamej);int sleeptime =(int)(Math.random()*10000);processWkj.workMethod(j,sleeptime) ;/processWki.run();System.out.println("公共变量的当前值是："+variable);/先来先服务调度方法public static void FIFS_method()System.out.println();System.out.println("-");System.out.println("-先来先服务算法被调度-");System.out.println("-");System.out.println("进程被执行的顺序为：");for(int i=0; i<excuteQueue.length;i+)int j=0;while(excuteQueuei!=processIdj )if(j<processId.length-1 )j+;System.out.println("Step "+i+":执行"+processNamej);/processWki.run();processWkj.workMethod(j) ;/输出标志static void printSign()System.out.println("*");System.out.println("* Process *");System.out.println("*");System.out.println();/进程创建方法static void process_Create(int Process_ProcessNum)PCB_block Pcb_Que =new PCB_blockProcess_ProcessNum;int proID = new intPcb_Que.length;System.out.println("进程刚被创建是的信息如下：");System.out.println();for(int i=0;i<Pcb_Que.length;i+)PCB_block Process =new PCB_block();processID = i;Process.pcb_Name ="process"+i;Process.pcb_ID =10*i;Process.pcb_Pro =(int) (Math.random()*100) ;Process.pcb_Needtime =(int)( Math.random()*1000);Process.pcb_Spendtime =0;Process.pcb_Begintime.minute = Time.getMinutes(); Process.pcb_Begintime.secend = Time.getSeconds();Process.pcb_Statue ="Wait"class ProMeth extends Workpublic void run()public void workMethod(int id,int sletim)System.out.println();System.out.println("Process"+id+": Start running!");System.out.println();Date date1 = new Date();System.out.println("开始时间："+(date1.toString().substring( 10,20);/*帮助调试 线程的执行* try * wait();catch(Exception e)System.out.println("Process"+processID+" 有异常："+e.toString() );*/int sleeptime =sletim;System.out.println("sleep time"+sleeptime);for(int i =0;i<20;i+)variable=variable+i;try sleep(sleeptime);/sleep(sleeptime);catch(Exception e)System.out.println(e.toString() );System.out.println("Process"+id+": Finished!");Date date2 = new Date();System.out.println("结束时间："+(date2.toString().substring( 10,20);System.out.println("执行后的公共变量是："+variable);System.out.println(); Process.pcb_Work =new ProMeth();/记录进程的信息到数组 processNamei=Process.pcb_Name; processProi=Process.pcb_Pro;processIdi= Process.pcb_ID;processSpti=Process.pcb_Spendtime;processNti=Process.pcb_Needtime;processStai=Process.pcb_Statue;processWki=Process.pcb_Work;processBt0i=Process.pcb_Begintime.minute;processBt1i=Process.pcb_Begintime.secend;Pcb_Quei = Process;System.out.println(" #Process"+i+"刚创建时的信息PCB#" );System.out.println();System.out.println(" Name:"+Pcb_Quei.pcb_Name);System.out.println(" createTime:"+Time.toString() );System.out.println(" ID:"+Pcb_Quei.pcb_ID);System.out.println(" Needtime:"+Pcb_Quei.pcb_Needtime);System.out.println(" Pro:"+Pcb_Quei.pcb_Pro );System.out.println(" Spendtime:"+Pcb_Quei.pcb_Spendtime );System.out.println(" current status:"+Pcb_Quei.pcb_Statue);System.out.println();proIDi = Pcb_Quei.pcb_ID ;excuteQueue = proID; /被创建进程的存贮数组public static void store_ProcessInfoArray()/进程信息类class PCB_blockString pcb_Name;int pcb_ID;int pcb_Pro;PCB_Begintime pcb_Begintime= new PCB_Begintime();int pcb_Needtime;int pcb_Spendtime;int pcb_Finishtime;String pcb_Statue;Work pcb_Work = new Work();/进程工作的线程class Work extends Threadpublic void run()public static void main(String args)int var=0;Work p= new Work();System.out.println();/p.workMethod();p.workMethod(var);void workMethod()void workMethod(int sletim)try sleep(sletim);catch(Exception e)System.out.println(e.toString() );void workMethod(int id,int sletim)class PCB_Begintimeint minute;int secend;先来先服务调度方法：public static void FIFS_method()System.out.println();System.out.println("-");System.out.println("-先来先服务算法被调度-");System.out.println("-");System.out.println("进程被执行的顺序为：");for(int i=0; i<excuteQueue.length;i+)int j=0;while(excuteQueuei!=processIdj )if(j<processId.length-1 )j+;System.out.println("Step "+i+":执行"+processNamej);/processWki.run();processWkj.workMethod(j) ;/输出标志static void printSign()System.out.println("*");System.out.println("* Process *");System.out.println("*");System.out.println(); Process.pcb_Work =new ProMeth();/记录进程的信息到数组 processNamei=Process.pcb_Name; processProi=Process.pcb_Pro;processIdi= Process.pcb_ID;processSpti=Process.pcb_Spendtime;processNti=Process.pcb_Needtime;processStai=Process.pcb_Statue;processWki=Process.pcb_Work;processBt0i=Process.pcb_Begintime.minute;processBt1i=Process.pcb_Begintime.secend;Pcb_Quei = Process;System.out.println(" #Process"+i+"刚创建时的信息PCB#" );System.out.println();System.out.println(" Name:"+Pcb_Quei.pcb_Name);System.out.println(" createTime:"+Time.toString() );System.out.println(" ID:"+Pcb_Quei.pcb_ID);System.out.println(" Needtime:"+Pcb_Quei.pcb_Needtime);System.out.println(" Pro:"+Pcb_Quei.pcb_Pro );System.out.println(" Spendtime:"+Pcb_Quei.pcb_Spendtime );System.out.println(" current status:"+Pcb_Quei.pcb_Statue);System.out.println();proIDi = Pcb_Quei.pcb_ID ;excuteQueue = proID;/被创建进程的存贮数组public static void store_ProcessInfoArray()/进程信息类class PCB_blockString pcb_Name;int pcb_ID;int pcb_Pro;PCB_Begintime pcb_Begintime= new PCB_Begintime();int pcb_Needtime;int pcb_Spendtime;int pcb_Finishtime;String pcb_Statue;Work pcb_Work = new Work();/进程工作的线程class Work extends Threadpublic void run()public static void main(String args)int var=0;Work p= new Work();System.out.println();/p.workMethod();p.workMethod(var);void workMethod()void workMethod(int sletim)try sleep(sletim);catch(Exception e)System.out.println(e.toString() );void workMethod(int id,int sletim)/时间的分和时类class PCB_Begintimeint minute;int secend;部分程序代码：package PCB_con;import java.lang.*;import java.lang.Object; import java.io.*;import java.util.*;public class Main_PCB public static int variable;public static int processID ;public static int ProcessNum=5;public static Date Time =new Date();public static PCB_block Pcb_Que = new PCB_blockProcessNum;public static int excuteQueue=new intPcb_Que.length;/public static int sort = new intProcessNum;/被创建进程的存贮数组public static String processName = new StringProcessNum;public static intprocessId = new intProcessNum;public static int processPro =new intProcessNum;public static int processBt= new int2ProcessNum;public static int processSpt =new intProcessNum;public static int processNt =new intProcessNum;public static int processFt =new intProcessNum;public static String processSta = new StringProcessNum;public static Work processWk = new WorkProcessNum;/主调方法public static void main(String args)/int ProcessNum=Integer.parseInt(args0);/命令行输入创建进程的个数；/int callMethod=Integer.parseInt(args0);/命令行输入调用的算法 FIFS值为1 或 优先级值为2；printSign();System.out.println("创建的进程数量是："+ProcessNum);System.out.println();process_Create(ProcessNum);call(1);call(2);/call方法static void call(int callmeth)if (callmeth=1) FIFS_method();else if (callmeth=2) HIGH_method();elseSystem.out.println("没有进程的调度算法被执行！");/最高优先数优先调度public static void HIGH_method()System.out.println();System.out.println("-");System.out.println("-最高优先数算法被调度-");System.out.println("-");System.out.println("公共变量的初值是："+variable);int sort = new intProcessNum;for(int i=0;i<sort.length;i+)sorti=processProi;for(int i=0;i<sort.length;i+)int temp;for(int j=0;j<sort.length-1;j+)if(sortj<sortj+1)temp=sortj;sortj=sortj+1;sortj+1=temp;System.out.println("优先级排序：") ;for(int i=0;i<sort.length;i+)System.out.println(sorti);System.out.println();System.out.println("进程被执行的顺序为：");for(int i=0;i<sort.length ;i+)int j=0;while(sorti!=processProj )if (j<processPro.length-1 )j+;System.out.println("Step "+i+":执行"+processNamej);int sleeptime =(int)(Math.random()*10000);processWkj.workMethod(j,sleeptime) ;/processWki.run();System.out.println("公共变量的当前值是："+variable);进程创建方法static void process_Create(int Process_ProcessNum)PCB_block Pcb_Que =new PCB_blockProcess_ProcessNum;int proID = new intPcb_Que.length;System.out.println("进程刚被创建是的信息如下：");System.out.println();for(int i=0;i<Pcb_Que.length;i+)PCB_block Process =new PCB_block();processID = i;Process.pcb_Name ="process"+i;Process.pcb_ID =10*i;Process.pcb_Pro =(int) (Math.random()*100) ;Process.pcb_Needtime =(int)( Math.random()*1000);Process.pcb_Spendtime =0;Process.pcb_Begintime.minute = Time.getMinutes(); Process.