操作系统实验CPU进程调度和内存分配java版.docx
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操作系统实验CPU进程调度和内存分配java版
操作系统实验
第一期项目开发实现
实验名称EXP.1CPUScheduling
Exp.2Allocation&Reclaim
实验内容
一，选择一个调度算法，实现处理机调度；
二，处理机调度过程中，主存储器空间的分配和回收；
实验目的
一,多道系统中，当就绪进程数大于处理机数时，须按照某种策略决定哪些进程优先占用处理机。
本实验模拟实现处理机调度，以加深了解处理机调度的工作；
二，帮助了解在不同的存储管理方式下，应怎样实现主存空间的分配和回收；
实验题目
一，
（1）设计一个按照优先权调度算法实现处理机调度的程序；
（2）设计按时间片轮转实现处理机调度的程序；
二，在可变分区管理方式下，采用最先适应算法实现主存空间的分配和回收；
实验要求
一，（a），PCB内容：
进程名/PID；要求运行时间（单位时间）；优先权；状态；PCB指针；——（因课程内容原因，这个指针在设计中没用）
1，可随机输入若干进程，并按优先权排序；
2，从就绪队列首选进程运行：
优先权-1/要求运行时间-1；要求运行时间=0时，撤销该进程；
3，重新排序，进行下一轮调度；
（b），最好采用图形界面；
（c）,可随时增加进程；
（d），规定道数，设置后备队列和挂起状态。
若内存中进程数少于规定道数，可自动从后备队列调度一作业进入。
被挂起进程如=入挂起队列，设置解挂功能用于将指定挂起进程解挂入就绪队列；
（e），每次调度后，显示各进程状态；
二，（a），自行假设主存空间大小，预设操作系统所占大小并构造未分分区表；
表目内容：
起址、长度、状态（未分/空表目）
（b），结合实验一，PCB增加为：
｛PID，要求运行时间，优先权，状态，所需内存大小，主存起始位置，PCB指针（失效）｝；
（C）采用最先适应算法分配主存空间；
（D），进程完成后，回收主存，并与相邻空闲分区合并；
实验过程及分析
1，
初步设计：
2，详细设计：
（a），操作系统知识回顾：
（1）作业进入内存中，由CPU分配产生PCB属性，并通过PCB记录进程状态，实验即以PCB代表进程模拟调度过程；
（2）在多道系统中，多道系统中，当就绪进程数大于处理机数时，须按照某种策略决定哪些进程优先占用处理机，本实验采用优先级；
（3），进程调度时，规定若就绪队列进程数少于6个，则自动从后备队列调入一个作业；
（4），系统会将占有较多资源、预期结果不符合要求的进程自动挂起，并回收所占资源，而本实验设置为手动挂起；
（5），在适宜条件下，系统会将挂起的进程自动解挂，而且只解挂到就绪队列；本实验为简化操作，设置为手动解挂，若解挂条件合适（即CPU各种资源可用），则解挂到就绪队列，并分配内存；若解挂条件不适宜，则解挂至后备队列，但不分配内存（实际上这是不对的，因为作业进入内存，由CPU标记PCB后，不能撤销PCB再返回内存，除非该进程执行结束，但本程序为体现解挂的意思，还是错误地设计为可以解挂到后备队列，读者需注意，这个功能可以在代码中注销，另外也希望有高手可以改进）；
（b），实验程序设计：
（1），本实验采用java语言编程，并实现GUI界面显示；
（2），为体现java语言面对对象程序设计的特点，实验设计为ProcessPCB、MemoryItem类封装PCB和所分配的内存各自的属性与方法；用ProcessRecords、MemoryRecords类封装数组方法；用SingleCPUScheduling实现GUI界面显示；
（3），ProcessPCB类中，定义PCB的进程名、要求运行时间、优先级、状态、主存起始位置、所需内存大小这6个属性，并定义各属性的get和set方法，定义equals方法用于对比类的属性，定义toString方法得到类属性的字符串，定义run方法封装优先权-1/要求运行时间-1的过程；MemoryItem类中，定义可分分区表每一可分记录的主存起始位置、内存大小及其get和set方法，定义toString方法得到可在界面显示的字符串；
（4），ProcessRecords封装PCB数组的添加元素addItem和删除元素removeItem方法，并构造函数getItem通过参数ProcessPCB和String查找数组元素，定义getNumberOfItems取数组大小，定义getItemsPriorities方法取所有数组元素的toString方法用于界面显示，定义iterator方法取得数组的迭代器；
MemoryItem类中，定义Memory的内存起始位置和所需内存大小、、、、、、
（5），MemoryRecords用同样的设计思想封装以MemoryItem为数组元素的各属性和方法；
（6）SingleCPUScheduling类继承JFrame类，实现界面化显示；与上面相对应，实例化ProcessRecords（3次）和MemoryRecords（1次）作为私有变量，分别作为后备队列、就绪队列、挂起队列和内存可分分区表；在界面设计中，设计后备队列、挂起队列（附带解挂umount按钮）、就绪队列（附带挂起suspend按钮）可分分区表列表显示框，设置PCB添加框，附带添加至后备队列（addToBackup）、添加至就绪队列（addToReady）按钮，以及CPU当前执行状态显示框、系统日志显示框，和开始调度（systemStart）按钮，优先级和时间片单选按钮，以及时间片显示标签和文本编辑框；
（7）界面设计详解；后备队列显示框用于显示已添加至后备队列的ProcessRecords属性信息，其中主存起始位置默认为-1，表示未分配；挂起队列显示框用于显示从就绪队列挂起的PCB，其中属性“主存起始位置”（MemoryBase）将由非负数变为-1，表示挂起后收回内存；就绪队列显示框中显示就绪队列属性，其中“主存起始位置”均为非负，表示一分配内存；PCB信息添加框分列PCB6个属性显示标签和可编辑文本框，和添加按钮，用于添加PCB；系统日志显示框附属时间片显示标签和可编辑文本编辑框，可由用户决定时间片大小；
对于实验一，界面如下：
以上由SingleCPUScheduling001.java（另需ProcessPCB.java和PCBRdecords.java）
（8）附属功能添加完善；最重要的是为程序添加线程，使程序能以停顿一段时间的频率自动运行；后备队列、挂起队列添加total显示标签和不可编辑文本显示框，用于显示各自数组中元素数目，挂起队列附属删除（remove）按钮，可删除挂起队列中的元素；后备、挂起、就绪队列均添加监听器，用于响应用户单击操作，可以在PCB信息添加框显示用户单击的那一条PCB的信息；PCB信息添加框附属reset按钮，用于一键清空信息框中信息，方便输入；系统日志面板附属系统暂停（systemPause）和系统重置（systemReset）按钮，分别用于暂停运行（方便用户观察当前运行结果）和重置系统（方便用户重复使用程序，免去关闭后重启本程序的麻烦）；最终界面如图：
实验结果报告级分析
1，程序完成了实验所有的基本要求；
2，本程序还存在一些技术上的问题，使得程序不能尽善尽美；如，PCB信息添加框没有“随机置入就绪队列”功能，添加PCB信息仍显得繁琐；就绪队列的挂起功能在程序自动运行时，存在反应异常（反应延迟或直接无反映）；可分分区表只显示了当前可分的内存，没有显示已分的PCB及其对应内存使用情况，且没有利用图形和丰富的颜色来更好的展示；时间片设计还需要改进，使用效率不高；系统重置功能存在响应延迟的问题；另外，界面不够美观；还需要不断改进；
实验感想
通过这次实验，我对操作系统的进程调度和内存分配管理有了更加深入的了解，对操作系统内部的工作原理有了进一步的认识；
通过编程，也巩固了我的程序设计和代码编写的能力，实验过程中遇到的各种问题以及解决问题的过程与方法，都是我获益匪浅；
同时，程序的不完善，也将促使我在课程之后，继续学习、理解课程内容，并尽一切努力不断完善程序，做到尽善尽美；
程序代码
完整版（初学java，菜鸟级别，当然是将所学的全部照办照抄，实为臃肿，可为初学者引以为戒，注意代码质量！
）
这里谨贴出十分臃肿的代码，仅供初学者交流经验，重在开发的思想，了解开发的流程，而01版（精简版）代码在后面；
ProcessPCB.java
packagesrc;
publicclassProcessPCB{
//backupBAK后备ready就绪suspend挂起memory内存
privateStringPID;
privateintRequiredTime;
//privateStringPriority;
privateintPriority;
privateStringStatus;
privateintMwmoryBase=0000;
privateintMemoryLimit;
//privateStringPCBPointer;
publicProcessPCB（StringinitpID,intinitRTime,intinitpriority,
Stringstatus,intinitBase,intinitLimit）{
this.PID=initpID;
this.RequiredTime=initRTime;
this.Priority=initpriority;
this.Status=status;
this.MwmoryBase=initBase;
this.MemoryLimit=initLimit;
}
publicStringgetPID（）{
if（this.PID==null）
return"";
else
returnthis.PID;
}
publicvoidsetPID（Stringpid）{
if（pid==null）
this.PID="";
else
this.PID=pid;
}
publicintgetRequiredTime（）{
returnthis.RequiredTime;
}
publicvoidsetRequiredTime（inttime）{
this.RequiredTime=time;
}
publicintgetPriority（）{
returnthis.Priority;
}
publicvoidsetPriority（intpriority）{
this.Priority=priority;
}
publicStringgetStatus（）{
if（this.Status==null）
return"";
else
returnthis.Status;
}
publicvoidsetStatues（Stringstatues）{
if（statues==null）
this.Status="";
else
this.Status=statues;
}
publicintgetMemoryBase（）{
returnthis.MwmoryBase;
}
publicvoidsetMemoryBase（intbase）{
this.MwmoryBase=base;
}
publicintgetMemoryLimit（）{
returnthis.MemoryLimit;
}
publicvoidsetMemoryLimit（intlimit）{
this.MemoryLimit=limit;
}
publicbooleanequals（ProcessPCBpcb）{
if（pcb.getPID（）==this.getPID（））{
returntrue;
}
elsereturnfalse;
}
publicStringtoString（）{
returnthis.getPID（）+"_"+this.getRequiredTime（）+"_"+this.getPriority（）+"_"
+this.getStatus（）+"_"+this.getMemoryBase（）+"_"+this.getMemoryLimit（）+"\n";
}
publicvoidrun（）{
this.RequiredTime=this.RequiredTime-1;
this.Priority=this.Priority-1;
}
}
MemoryItem.java
packagesrc;
publicclassMemoryItem{
privateintmemoryBase=0;
privateintmemoryLimit=0;
privateintavailableStatus=0;
publicMemoryItem（intinitMemoryBase,intinitMemoryLimit）{
this.memoryBase=initMemoryBase;
this.memoryLimit=initMemoryLimit;
}
publicintgetMemoryBase（）{
returnthis.memoryBase;
}
publicvoidsetMemoryBase（intbase）{
this.memoryBase=base;
}
publicintgetMemoryLimit（）{
returnthis.memoryLimit;
}
publicvoidsetMemoryLimit（intlimit）{
this.memoryLimit=limit;
}
publicintgetStatus（）{
returnthis.availableStatus;
}
publicvoidsetStatus（intstatus）{
this.memoryBase=status;
}
publicStringtoString（）{
returnthis.getMemoryBase（）+"_"+this.getMemoryLimit（）+"\n";
}
}
PCBRecords.java
packagesrc;
importjava.util.ArrayList;
importjava.util.Iterator;
publicclassPCBRecordsimplementsIterable{
privateArrayListPCBItems;
publicArrayListgetPCBItems（）{
returnthis.PCBItems;
}
publicPCBRecords（）{
this.PCBItems=newArrayList（）;
}
publicvoidaddItem（ProcessPCBPcbItem）{
this.PCBItems.add（PcbItem）;
}
publicvoidremoveItem（ProcessPCBPCbItem）{
this.PCBItems.remove（PCbItem）;
}
publicProcessPCBgetItem（ProcessPCBprocessPCB）{
for（ProcessPCBpCbItem:
this.PCBItems）{
if（pCbItem.equals（processPCB））{
returnpCbItem;
}
}
returnnull;
}
publicProcessPCBgetItem（Stringpid）{
for（ProcessPCBpcBItem:
this.PCBItems）{
if（pcBItem.getPID（）.equals（pid））{
returnpcBItem;
}
}
returnnull;
}
publicintgetNumberOfItems（）{
returnthis.PCBItems.size（）;
}
publicString[]getItemsProperties（）{
StringitemsProperties[]=newString[getNumberOfItems（）];
inti=0;
for（Iteratoriterator1=PCBItems.iterator（）;iterator1.hasNext（）;）
{
ProcessPCBstu_Item=（ProcessPCB）iterator1.next（）;
itemsProperties[i++]=stu_Item.toString（）;
}
returnitemsProperties;
}
publicIteratoriterator（）{
returnthis.PCBItems.iterator（）;
}
}
MemoryRecords.java
packagesrc;
importjava.util.ArrayList;
importjava.util.Iterator;
publicclassMemoryRecordsimplementsIterable{
privateArrayListmemoryItems;
publicIteratoriterator（）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
returnthis.memoryItems.iterator（）;
}
publicArrayListgetMemoryItems（）{
returnthis.memoryItems;
}
publicMemoryRecords（）{
this.memoryItems=newArrayList（）;
}
publicvoidaddItem（MemoryItemnewMemoryItem）{
this.memoryItems.add（newMemoryItem）;
}
publicvoidremoveItem（MemoryItemmomoryItem）{
this.memoryItems.remove（momoryItem）;
}
publicMemoryItemgetMomoryItem（MemoryItemitem）{
for（MemoryItemmItem:
this.memoryItems）{
if（mItem.equals（item））{
returnmItem;
}
}
returnnull;
}
publicMemoryItemgetMemoryItem（intbase）{
for（MemoryItemmItem:
this.memoryItems）{
if（mItem.getMemoryBase（）==base）{
returnmItem;
}
}
returnnull;
}
publicintgetNumberOfItems（）{
returnthis.memoryItems.size（）;
}
publicString[]getItemsProperties（）{
StringitemsProperties[]=newString[getNumberOfItems（）];
inti=0;
for（Iteratoriterator1=this.memoryItems.iterator（）;iterator1.hasNext（）;）{
MemoryItemmmItem=（MemoryItem）iterator1.next（）;
itemsProperties[i++]=mmItem.toString（）;//?
?
?
?
}
//System.out.println（itemsProperties+"\n"）;
if（itemsProperties==null）{
itemsProperties[0]="";
}
returnitemsProperties;
}
}
SingleCPUSchedulingGUI001.Java
importjava.util.*;
importjava.awt.*;
importjava.awt.event.*;
importjavax.swing.*;
importjavax.swing.event.*;
importsrc.SingleCPUSchedulingGUI001.AddToBAKListener;
importsrc.SingleCPUSchedulingGUI001.AddToReadyListener;
importsrc.SingleCPUSchedulingGUI001.RemoveListener;
importsrc.SingleCPUSchedulingGUI001.ResetListener;
importsrc.SingleCPUSchedulingGUI001.ResetSystemListener;
importsrc.Si
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