操作系统课程设计.docx
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操作系统课程设计
衡阳师范学院
工科课程设计-《操作系统》
题目：
优先数调度算法的实现
学号：
14450139
姓名：
鲁向阳
班级：
14级物联网班
指导教师：
陈琼老师
日期：
2016年12月
目录
1.概述2
1.1设计目的2
1.2运行环境3
1.3任务分配3
2.需求分析4
2.2题目内容4
2.2设计思想说明4
2.3数据结构设计6
3.算法的设计7
3.1头文件声明7
3.2定义各种变量7
3.3相关函数的定义7
3.4程序运行流程图10
3.5方案设计流程图11
3.6进程控制块PCB结构12
3.7进程控制块链结构12
4.实例13
5.总结14
6.附录16
参考文献24
1.概述
1.1设计目的
在操作系统中调度算法的实质是一种资源的分配，因而调度算法是指“根据系统资源分配策略所规定的资源分配算法”。
对于不同的操作系统和系统目标，通常采用不同的调度算法。
为了照顾紧迫作业，使之在进入系统后便获得优先处理，引入了最高优先权调度算法。
作为进程调度算法时，该算法是把处理机分配给就绪队列优先权最高的进程。
这可以分为抢占式优先权算法和非抢占式优先权算法。
对于最高优先权调度算法，其关键在于：
它是使用静态优先权还是动态优先权，以及如何确定进程的优先权。
动态优先权拥有其特有的灵活优点，同时，若所有的进程都具有相同的优先权初值，则显然是最先进入就绪队列的进程，将因其动态优先权变得高而优先获得处理机，此即FCFS算法。
若所有的就绪进程具有各不相同优先权初值，那么，对于优先权初值低的进程，在等待了足够长的时间后，其优先权便可能升为最高，从而获得处理机。
当采用抢占式优先权调度算法时，如果规定当前进程的优先权以一定速率下降，则可防止一个长作业长期垄断处理机。
1.2运行环境
硬件机器：
pc
计算机语言：
C++（使用自己学习的）
编译环境：
visualstudio2010
1.3任务分配
1）理解掌握进程调度实现所涉及到的主要问题：
如何组织进程、如何实现处理机调度。
进程控制块的作用和结构，进程控制块的链表组织。
进程调度程序包含从进程就绪队列选择并摘取进程、给该进程分配处理机。
2）设计进程控制块相关数据结构，进程状态跃迁的相关模拟；
3）实现优先调度算法模拟程序设计、编码及调试。
2.需求分析
2.2题目内容
编写程序，采用优先权调度算法实现单处理机系统对进程的调度过程。
2.2设计思想说明
模拟动态优先权算法，在主函数中选择采用抢占式进程调度算法，再调用优先调度算法完成模拟。
1.设定系统中有五个进程，每一个进程用一个进程控制块（PCB）表示，队列的每一个结点都是一种结构体，结构体名称定义为进程模块。
2.进程控制块包含如下信息：
进程编号、需要运行时间、已用CPU时间等等。
3.在每次运行设计的处理调度程序之前，由终端输入五个进程的“进入就绪队列时间”和“要求运行时间”。
4.进程的进入就绪队列时间及需要的运行时间人为地指定.进程的运行时间以时间片为单位进行计算。
5.将五个进程按给定进程的时间片从小到大连成就绪队列，当第一个进程进去的时候，它就执行当前进程，在执行的过程中，可能有另一个进程进入，进入之后，当前的进程就会进行更新，更新它所有的信息，就把它放入运行队列，使当前运行的剩余时间为零，为零之后就把当前的资源释放掉，这时候就从就绪队列里面取出进程的队头，作为当前运行的进程。
寻找的过程中，采用的是队列的遍历，每遍历一个进程的时候，就对当前进程的剩余时间进行更新并记录这个队头。
6.处理机调度总是选队列首进程运行。
进程每运行一次剩余时间减“1”，同时将已运行时间加“1”。
7.进程运行一次后，若要求运行时间不等于已运行时间，则再将它加入就绪队列；否则将其状态置为“结束”,且退出就绪队列。
8.“就绪”状态的进程队列不为空，则重复上面6，7步骤，直到所有进程都成为“结束”状态。
9.在设计的程序中有输入语句，输入5个进程的“进入就绪队列时间”和“要求运行时间”，也有显示或打印语句，能显示或打印进程的平均等待时间和平均周转时间。
10.最后，为五个进程任意确定一组“进入就绪队列时间”和“要求运行时间”，运行并调试所设计的程序，显示或打印出逐次被选中进程的进程序号。
2.3数据结构设计
设定系统中有五个进程，每一个进程用一个进程控制块（PCB）表示，队列的每一个结点都是一种结构体，结构体名称定义为进程模块。
建立好进程控制模块之后，进程就已按时间片从小到大的顺序排成了就绪队列。
typedefstructnode
{
charname[10];//进程标志符
intprio;//进程优先数
intcputime;//进程占用cpu时间
intneedtime;//进程到完成还要的时间
charstate;//进程的状态
structnode*next;//链指针
}PCB;
3.算法的设计
3.1头文件声明
#include/*标准io库*/
#include/*该文件包含了C语言标准库函数的定义*/
#include/*一种常用的编译预处理指令，在使用到字符数组时需要使用*/
3.2定义各种变量
charname[10];//进程标志符
intprio;//进程优先数
intcputime;//进程占用cpu时间
intneedtime;//进程到完成还要的时间
charstate;//进程的状态
structnode*next;//链指针
3.3相关函数的定义
//优先数的算法插入算法
voidinsert1（PCB*q）
{
PCB*p1,*s,*r;
intb;
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;
}
}
//优先数调度算法
voidpriority（charalg）
{
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-3;//每运行一次优先数降低3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->prioprio））
{
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
}
}
3.4程序运行流程图
图3-1
3.5方案设计流程图
4
图3-2
3.6进程控制块PCB结构
进程ID
链指针
优先数
占用CPU时间片数
进程所需时间片数
进程状态
图3-3
3.7进程控制块链结构
图3-4
4.实例
图4-1
图4-2
5.总结
这次的程序软件基本上运行成功，这次数据结构课程设计让我感触很深，使我了解到的学习不应该只局限于课本，因为课本上只是很有限的一部分，所涉及的面也是狭窄的。
但是怎样在有限的范围内学习到无限的知识呢？
那就要懂得自学，懂得充分利用身边的资源。
应该说，在这次的课程设计中学到了很多知识，这并不仅仅包括书本上的知识，更重要的是学会了如何去和别人交流，怎样用语言去实现自己的想法，在这个过程中使我懂得了勤学好问的重要性。
虽然在我的程序中有一部分是从网上搜索得来的，但我竭力将所获得的信息变成自己的资源。
在我动手上机操作的同时，我在了解和看懂的基础上有所改变和创新，但是在我的程序软件中还有部分的不足，需要加以更新。
同时，通过这次课程设计，意识到了自己动手实践的弱势，特别是在编程方面，于是我知道了计算机的实践操作是很重要的，只有通过上机编程才能充分的了解自己的不足。
相信通过这次的课程设计，更让我深刻意识到学习中的弱点，同时也找到了克服这些弱点的方法，这也是一笔很大的资源。
在以后的时间中，我应该利用更多的时间去上机实验，多编写程序，相信不久后我的编程能力都会有很大的提高。
经过这次课程设计，通过对程序的编制，调试和运行，使我熟悉了各种调用的数据类型，在调试和运行过程中使我更加的了解和熟悉程序运行的环境，提高了我对程序调试分析的能力和对错误的纠正能力。
这次操作系统的程序设计，对于我来说是一个挑战。
我对操作系统的学习在程序的设计中也有所体现。
课程设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
6.附录
#include
#include
#include
typedefstructnode
{
charname[10];//进程标志符
intprio;//进程优先数
intcputime;//进程占用cpu时间
intneedtime;//进程到完成还要的时间
charstate;//进程的状态
structnode*next;//链指针
}PCB;
PCB*finish,*ready,*tail,*run;//队列指针
intN;//进程数
//将就绪队列的第一个进程投入运行
voidfirstin（）
{
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;//就绪列头指针后移到下一进程
}
//标题输出函数
voidprt1（chara）
{
printf（"进程号cpu时间所需时间优先数状态\n"）;
}
//进程PCB输出
voidprt2（chara,PCB*q）
{//优先数算法输出
printf（"%-10s%-10d%-10d%-10d%c\n",q->name,q->cputime,q->needtime,q->prio,q->state）;
}
//输出函数
voidprt（charalgo）
{
PCB*p;
prt1（algo）;//输出标题
if（run!
=NULL）//如果运行标题指针不空
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（）;//按任意键继续
}
//优先数的算法插入算法
voidinsert1（PCB*q）
{
PCB*p1,*s,*r;
intb;
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;
}
}
//优先数创建初始PCB信息
voidcreate1（charalg）
{
PCB*p;
inti,time;
charna[10];
ready=NULL;//就绪队列头文件
finish=NULL;//完成队列头文件
run=NULL;//运行队列头文件
printf（"输入进程号和运行时间：
\n"）;//输入进程标志和所需时间创建PCB
for（i=1;i<=N;i++）
{
p=（PCB*）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（"优先数算法输出信息：
\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';
}
//优先数调度算法
voidpriority（charalg）
{
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-3;//每运行一次优先数降低3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->prioprio））
{
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
}
}
//主函数
intmain（）
{
charalgo;//算法标记
//clrscr（）;
printf（"输入进程数：
\n"）;
scanf（"%d",&N）;//输入进程数
create1（algo）;//优先数算法
priority（algo）;
return0;
}
参考文献
[1]汤小丹，梁红兵，哲凤屏，汤子瀛。
计算机操作系统（第四版），西安电子科技大学出版社
[2]张丽芬，刘立雄，王全玉.操作系统实验教程[M].北京：
清华大学出版社，2010
[3]张尧学，史美林，张高.计算机操作系统实验教程[M].北京：
清华大学出版社，2010,1
[4]颜彬，欧阳泉，李登实，徐宏云.计算机操作系统实验教程（21世纪高等学校计算机教育实用规划教材）,2011,2
[5]何宗健，张慧娟.基于Windows内核的“操作系统”设计[J].计算机教育，2009.14
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