實驗二 單處理器系統(tǒng)的進程調(diào)度

1、實驗二 單處理器系統(tǒng)的進程調(diào)度（附實驗報告）1實驗?zāi)康募由顚M程概念的理解，明確進程和程序的區(qū)別；深入了解系統(tǒng)如何組織進程、創(chuàng)建進程；進一步認識如何實現(xiàn)處理器調(diào)度。2實驗預(yù)備知識進程的概念；進程的組織方式；進程的創(chuàng)建；進程的調(diào)度。 3實驗內(nèi)容編寫程序完成單處理機系統(tǒng)中的進程調(diào)度，要求采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。實驗具體包括：首先確定進程控制塊的內(nèi)容，進程控制塊的組成方式；然后完成進程創(chuàng)建原語和進程調(diào)度原語；最后編寫主函數(shù)對所作工作進程測試。4提示與講解這個實驗主要要考慮三個問題：如何組織進程、如何創(chuàng)建進程和如何實現(xiàn)處理器調(diào)度?？紤]如何組織進程，首先就要設(shè)定進程控制塊的內(nèi)容。進程控制塊PCB記錄各個

2、進程執(zhí)行時的情況。不同的操作系統(tǒng)，進程控制塊記錄的信息內(nèi)容不一樣。操作系統(tǒng)功能越強，軟件也越龐大，進程控制塊記錄的內(nèi)容也就越多。這里的實驗只使用了必不可少的信息。一般操作系統(tǒng)中，無論進程控制塊中信息量多少，信息都可以大致分為以下四類： 標(biāo)識信息每個進程都要有一個惟一的標(biāo)識符，用來標(biāo)識進程的存在和區(qū)別于其他進程。這個標(biāo)識符是必不可少的，可以用符號或編號實現(xiàn)，它必須是操作系統(tǒng)分配的。在后面給出的參考程序中，采用編號方式，也就是為每個進程依次分配一個不相同的正整數(shù)。 說明信息用于記錄進程的基本情況，例如進程的狀態(tài)、等待原因、進程程序存放位置、進程數(shù)據(jù)存放位置等等。實驗中，因為進程沒有數(shù)據(jù)和程序，僅使

3、用進程控制塊模擬進程，所以這部分內(nèi)容僅包括進程狀態(tài)。 現(xiàn)場信息現(xiàn)場信息記錄各個寄存器的內(nèi)容。當(dāng)進程由于某種原因讓出處理器時，需要將現(xiàn)場信息記錄在進程控制塊中，當(dāng)進行進程調(diào)度時，從選中進程的進程控制塊中讀取現(xiàn)場信息進行現(xiàn)場恢復(fù)?，F(xiàn)場信息就是處理器的相關(guān)寄存器內(nèi)容，包括通用寄存器、程序計數(shù)器和程序狀態(tài)字寄存器等。在實驗中，可選取幾個寄存器作為代表。用大寫的全局變量AX、BX、CX、DX模擬通用寄存器、大寫的全局變量PC模擬程序計數(shù)器、大寫的全局變量PSW模擬程序狀態(tài)字寄存器。 管理信息管理信息記錄進程管理和調(diào)度的信息。例如進程優(yōu)先數(shù)、進程隊列指針等。實驗中，僅包括隊列指針。因此可將進程控制塊結(jié)構(gòu)定

4、義如下：struct pcbint name; int status; int ax, bx, cx,dx; int pc; int psw; int next; 確定進程控制塊內(nèi)容后，要考慮的就是如何將進程控制塊組織在一起。多道程序設(shè)計系統(tǒng)中，往往同時創(chuàng)建多個進程。在單處理器的情況下，每次只能有一個進程處于運行態(tài)，其他的進程處于就緒狀態(tài)或等待狀態(tài)。為了便于管理，通常把處于相同狀態(tài)的進程的進程控制塊鏈接在一起。單處理器系統(tǒng)中，正在運行的進程只有一個。因此，單處理器系統(tǒng)中進程控制塊分成一個正在運行進程的進程控制塊、就緒進程的進程控制塊組織成的就緒隊列和等待進程的進程控制塊組成的等待隊列。由于實驗

5、模擬的是進程調(diào)度，沒有對等待隊列的操作，所以實驗中只有一個指向正在運行進程的進程控制塊指針和一個就緒進程的進程控制塊隊列指針。操作系統(tǒng)的實現(xiàn)中，系統(tǒng)往往在主存中劃分出一個連續(xù)的專門區(qū)域存放系統(tǒng)的進程控制塊，實驗中應(yīng)該用數(shù)組模擬這個專門的進程控制塊區(qū)域，定義如下：#define n 10 struct pcb pcbarean; 這樣，進程控制塊的鏈表實際上是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中使用的靜態(tài)鏈表。進程控制塊的鏈接方式可以采用單向和雙向鏈表，實驗中，進程控制塊隊列采用單向不循環(huán)靜態(tài)鏈表。為了管理空閑進程控制塊，還應(yīng)該將空閑控制塊鏈接成一個隊列。實驗中采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，這種算法是將進程控制塊按照進入就緒隊

6、列的先后次序排成隊列。關(guān)于就緒隊列的操作就是從隊頭摘下一個進程控制塊和從隊尾掛入一個進程控制塊。因此為就緒隊列定義兩個指針，一個頭指針，指向就緒隊列的第一個進程控制塊；一個尾指針，指向就緒隊列的最后一個進程控制塊。實驗中指向運行進程的進程控制塊指針、就緒隊列指針和空閑進程控制塊隊列指針定義如下：int run; structint head;int tail;ready; int pfree; 以上是如何組織進程，下面考慮如何創(chuàng)建進程。進程創(chuàng)建是一個原語，因此在實驗中應(yīng)該用一個函數(shù)實現(xiàn)，進程創(chuàng)建的過程應(yīng)該包括：申請進程控制塊：進程控制塊的數(shù)量是有限的，如果沒有空閑進程控制塊，則進程不能創(chuàng)建，如

7、果申請成功才可以執(zhí)行第步；申請資源：除了進程控制塊外，還需要有必要的資源才能創(chuàng)建進程，如果申請資源不成功，則不能創(chuàng)建進程，并且歸還已申請的進程控制塊；如果申請成功，則執(zhí)行第三步，實驗無法申請資源，所以模擬程序忽略了申請資源這一步；填寫進程控制塊：將該進程信息寫入進程控制塊內(nèi)，實驗中只有進程標(biāo)識符、進程狀態(tài)可以填寫，每個進程現(xiàn)場信息中的寄存器內(nèi)容由于沒有具體數(shù)據(jù)而使用進程（模擬進程創(chuàng)建時，需輸入進程標(biāo)識符字，進程標(biāo)識符本應(yīng)系統(tǒng)建立，并且是惟一的，輸入時注意不要沖突），剛剛創(chuàng)建的進程應(yīng)該為就緒態(tài)，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行第四步；掛入就緒隊列：如果原來就緒隊列不為空，則將該進程控制塊掛入就緒隊列尾部，并修改就緒

8、隊列尾部指針；如果原來就緒隊列為空，則將就緒隊列的頭指針、尾指針均指向該進程控制塊，進程創(chuàng)建完成。進程創(chuàng)建流程圖如圖2.2所示。多道程序設(shè)計的系統(tǒng)中，處于就緒態(tài)的進程往往是多個，它們都要求占用處理器，可是單處理器系統(tǒng)的處理器只有一個，進程調(diào)度就是解決這個處理器競爭問題的。進程調(diào)度的任務(wù)就是按照某種算法從就緒進程隊列中選擇一個進程，讓它占有處理器。因此進程調(diào)度程序就應(yīng)該包括兩部分，一部分是在進程就緒隊列中選擇一個進程，并將其進程控制塊從進程就緒隊列中摘下來，另一部分工作就是分配處理器給選中的進程，也就是將指向正在運行進程的進程控制塊指針指向該進程的進程控制塊，并將該進程的進程控制塊信息寫入處理器

9、的各個寄存器中。圖2.2 進程創(chuàng)建流程圖實驗中采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法讓就緒進程按就緒的先后次序排成隊列，每次總是選擇就緒隊列中的第一個進程占有處理器，但是規(guī)定只能使用一個“時間片”。時間片就是規(guī)定進程一次使用處理器的最長時間。實驗中采用每個進程都使用相同的不變的時間片。采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的進程調(diào)度流程圖如圖2.3所示。完成上述功能后，編寫主函數(shù)進行測試：首先建立一個就緒隊列，手工輸入信息建立幾個進程；然后進行進程調(diào)度；最后將指向正在運行進程的指針指向的進程控制塊的內(nèi)容輸出，察看結(jié)果。圖2.3 進程調(diào)度流程圖5課外題編程實現(xiàn)采用優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法的進程調(diào)度。我的實現(xiàn)代碼（C語

10、言）：#include #define N 10 /系統(tǒng)中所允許的最大進程數(shù)量#define SLOT 5 /時間片大小/進程狀態(tài)枚舉typedef enumRunning, /運行狀態(tài)Aready, /就緒狀態(tài)Blocking /阻塞狀態(tài) ProStatus;/進程控制塊typedef structint name; /進程標(biāo)識符ProStatus status; /進程狀態(tài)int ax,bx,cx,dx; /通用寄存器int pc; /程序計數(shù)器寄存器int psw; /程序狀態(tài)字寄存器int next; /指向下一個進程的指針 PCB;/就緒隊列指針typedef structint h

11、ead; /頭指針int tail; /尾指針 Ready;/模擬寄存器int PSW,AX,BX,CX,DX,PC,TIME;/PCB的靜態(tài)鏈表PCB pcbAreaN; /模擬PCB區(qū)域的數(shù)組int run; /運行狀態(tài)程序的指針Ready ready; /就緒隊列指針int pfree; /空閑隊列的指針/初始化運行狀態(tài)進程指針void InitRun()run=-1;/初始化就緒狀態(tài)隊列void InitReady()ready.head=ready.tail=-1;/初始化空閑隊列void InitFree()int temp;for(temp=0;tempN-1;temp+)pcb

12、Areatemp.next=temp+1;pcbAreatemp.next=-1;pfree=0;/就緒隊列出隊int PopReady() /返回結(jié)點在PCB區(qū)域數(shù)組的編號int temp;if(ready.head=-1)printf(就緒隊列為空，不能出隊。n);return -1;temp=ready.head;ready.head=pcbAreatemp.next;if(ready.head=-1)ready.tail=-1;pcbAreatemp.next=-1;return temp;/空閑隊列出隊int PopFree() /返回結(jié)點在PCB區(qū)域數(shù)組的編號int temp;if

13、(pfree=-1)printf(空閑隊列為空，不能出隊。n);return -1;temp=pfree;pfree=pcbAreatemp.next;pcbAreatemp.next=-1;return temp;/就緒隊列入隊void PushReady(int x) /x為入隊結(jié)點的編號int temp;if(ready.head=-1)ready.head=x;ready.tail=x;elsetemp=ready.tail;ready.tail=x;pcbAreaready.tail.next=-1;/創(chuàng)建PCBvoid CreatePCB(int x,PCB pcb) /x為要創(chuàng)建

14、PCB在PCB區(qū)域數(shù)組的編號pcbAreax.ax=pcb.ax;pcbAreax.bx=pcb.bx;pcbAreax.cx=pcb.cx;pcbAreax.dx=pcb.dx;pcbA=;pcbAreax.next=-1;pcbAreax.pc=pcb.pc;pcbAreax.psw=pcb.psw;pcbAreax.status=pcb.status;/創(chuàng)建進程函數(shù)void Create(PCB pcb)int temp;if(pfree=-1)printf(空閑隊列為空，不能創(chuàng)建進程。n);return;temp=PopFree();pcb.statu

15、s=Aready;CreatePCB(temp,pcb);PushReady(temp);/進程調(diào)度函數(shù)void Schedule()int temp;if(ready.head=-1)printf(系統(tǒng)內(nèi)沒有進程可以調(diào)度。);return;temp=PopReady();pcbAreatemp.status=Running;TIME=SLOT; /恢復(fù)CPU現(xiàn)場AX=pcbAreatemp.ax;BX=pcbAreatemp.bx;CX=pcbAreatemp.cx;DX=pcbAreatemp.dx;PC=pcbAreatemp.pc;PSW=pcbAreatemp.psw;run=tem

16、p; /將選中的進程賦給運行指針printf(當(dāng)前運行的程序：n); /輸出調(diào)度結(jié)果printf(進程號：%dn,pcbA);printf(進程狀態(tài)：%dn,pcbArearun.status);printf(寄存器內(nèi)容：nAXtBXtCXtDXtPCtPSWn);printf(%dt%dt%dt%dt%dt%dn,pcbArearun.ax,pcbArearun.bx,pcbArearun.cx,pcbArearun.dx,pcbArearun.pc,pcbArearun.psw);void main()int temp;PCB tmp_pcb;printf(請輸入進程號，以負數(shù)為結(jié)束（進程號應(yīng)保持唯一）。nn按任意鍵進入輸入模式：)