进程调度的设计与实现——实验报告

进程调度的设计与实现

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中文摘要

       无论是在批处理系统还是分时系统中，用户进程数一般都多于处理机数、这将导致它们互相争夺处理机。另外，系统进程也同样需要使用处理机。这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理机分配给处于就绪队列中的某一个进程，以使之执行。

关键词

进程调度 C++ 优先级 生命周期 pid status

前言

实验目的

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。

实验内容与主要设计思想

1、采用一种熟悉的语言，如 C、 PASCAL 或 C++等，编制程序，最好关键代码采用 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、每个进程对应一个 PCB。在 PCB 中包括进程标识符 pid、进程的状态标识 status、进程优先级 priority、进程的队列指针 next 和表示进程生命周期的数据项 life（在实际系统中不包括该项）。

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”表示下标对应的进程标识号是空闲的，“假”表示下标对应的进程标识号已分配给某个进程。

5、进程状态 status 的取值为“就绪 ready”或“运行 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，要求动态创建进程。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行，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。如果将该运行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；否则该进程执行完成，撤消其 PCB。以上为一次进程调度循环。

流程图

实验实现

实验平台

硬件：

    CPU：Intel Core i5-8250u

    GPU：Intel hd graphics 620

    RAM：ddr4 8g

    SSD：Sansung pm961 256g

软件：

    OS：deepin 15.5

    IDE：Qt 5.8.0

主要功能模块分析

创建进程

void PCB_adjlist::ctreat_pcb() {   //根据指令创建进程
    PCB *newpcb=new PCB;
    newpcb->priority = qrand()%50;  //优先级0-49
    newpcb->life = qrand()%5+1;     //生命周期1-5
    newpcb->status = true;          //就绪状态
    while (true) {
        int x = qrand()%100+1;      //进程标识符1-100
        if (judge_empty(x - 1)) {
            newpcb->pid = x;
            break;
        }
    }
    int numpri = newpcb->priority;
    PCB *p = list[numpri].next;
    if (p != NULL) {
        while (p->next != NULL) {
            p = p->next;
        }
        p->next = newpcb;   //插到队尾
    }
    else {
        list[numpri].next = newpcb;
    }
}

运行进程

void PCB_adjlist::run_pcb() {   //运行pcb
    int top_pcb=-1;   //记录需最先运行的pcb指针
    for (int i = 49; i >=0; i--) {
        if (list[i].next != NULL) {
            top_pcb = i;
            break;
        }
    }
    if (top_pcb == -1)  //如果无可运行的pcb，返回
        return;
    PCB *p = list[top_pcb].next,*q;  //建立两个指针，*q用来进行删除操作
    p->status = 0;  //改为运行状态
    if (p->life == 1) {  //若生命周期为1，则运行完删除
        q = p->next;
        list[top_pcb].next = q;
        delete p;
    }
    else {
        q = p->next;
        list[top_pcb].next = q; //指向下一进程
        p->status = 1;  //就绪状态
        p->life--;
        int top_pri = p->priority;
        top_pri /= 2;   //优先级减半
        p->priority = top_pri;
        p->next = NULL;
        PCB *newpcb = list[top_pri].next;
        if (newpcb == NULL) {   //插入新优先级队列
            list[top_pri].next = p;
        }
        else {
            while (newpcb->next != NULL)
                newpcb = newpcb->next;
            newpcb->next = p;
        }
    }
    return;
}、

快捷键设置

newAction = new QAction("New PCB",this);
this->newAction->setShortcut(tr("ctrl+f")); //快捷键

定时运行

QObject::connect(timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(slotRun()));  //设置定时运行
void MainWindow::slotStart()
{
    timer->start(1000); //开始定时运行函数，时间间隔为1s
}

实验结果

截图