操作系统实验CPU进程调度和内存分配 java版.docx

1、 操作系统实验操作系统实验 CPU 进程调度和内存分配进程调度和内存分配 java版版 操作系统实验 第一期 项目开发实现 实验名称 EXP.1 CPU Scheduling Exp.2 Allocation&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

2、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

3、，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

4、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 P

5、CB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

6、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

7、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；（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

8、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-

9、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，是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

10、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

11、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；

12、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 package src;public class ProcessPCB /backupBAK 后备 ready 就绪 suspend 挂起 memory内存 private String PID;private int Requir

13、edTime;/private String Priority;private int Priority;private String Status;private int MwmoryBase=0000;private int MemoryLimit;/private String PCBPointer;public ProcessPCB(String initpID,int initRTime,int initpriority,String status,int initBase,int initLimit)this.PID=initpID;this.RequiredTime=initRT

14、ime;this.Priority=initpriority;this.Status=status;this.MwmoryBase=initBase;this.MemoryLimit=initLimit;public String getPID()if(this.PID=null)return ;else return this.PID;public void setPID(String pid)if(pid=null)this.PID=;else this.PID=pid;public int getRequiredTime()return this.RequiredTime;public

15、void setRequiredTime(int time)this.RequiredTime=time;public int getPriority()return this.Priority;public void setPriority(int priority)this.Priority=priority;public String getStatus()if(this.Status=null)return ;else return this.Status;public void setStatues(String statues)if(statues=null)this.Status

16、=;else this.Status=statues;public int getMemoryBase()return this.MwmoryBase;public void setMemoryBase(int base)this.MwmoryBase=base;public int getMemoryLimit()return this.MemoryLimit;public void setMemoryLimit(int limit)this.MemoryLimit=limit;public boolean equals(ProcessPCB pcb)if(pcb.getPID()=this

17、.getPID()return true;else return false;public String toString()return this.getPID()+_+this.getRequiredTime()+_+this.getPriority()+_ +this.getStatus()+_+this.getMemoryBase()+_+this.getMemoryLimit()+n;public void run()this.RequiredTime=this.RequiredTime-1;this.Priority=this.Priority-1;MemoryItem.java

18、package src;public class MemoryItem private int memoryBase=0;private int memoryLimit=0;private int availableStatus=0;public MemoryItem(int initMemoryBase,int initMemoryLimit)this.memoryBase=initMemoryBase;this.memoryLimit=initMemoryLimit;public int getMemoryBase()return this.memoryBase;public void s

19、etMemoryBase(int base)this.memoryBase=base;public int getMemoryLimit()return this.memoryLimit;public void setMemoryLimit(int limit)this.memoryLimit=limit;public int getStatus()return this.availableStatus;public void setStatus(int status)this.memoryBase=status;public String toString()return this.getM

20、emoryBase()+_+this.getMemoryLimit()+n;PCBRecords.java package src;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;public class PCBRecords implements Iterable private ArrayList PCBItems;public ArrayList getPCBItems()return this.PCBItems;public PCBRecords()this.PCBItems=new ArrayList();public voi

21、d addItem(ProcessPCB PcbItem)this.PCBItems.add(PcbItem);public void removeItem(ProcessPCB PCbItem)this.PCBItems.remove(PCbItem);public ProcessPCB getItem(ProcessPCB processPCB)for(ProcessPCB pCbItem:this.PCBItems)if(pCbItem.equals(processPCB)return pCbItem;return null;public ProcessPCB getItem(Strin

22、g pid)for(ProcessPCB pcBItem:this.PCBItems)if(pcBItem.getPID().equals(pid)return pcBItem;return null;public int getNumberOfItems()return this.PCBItems.size();public String getItemsProperties()String itemsProperties=new StringgetNumberOfItems();int i=0;for(Iterator iterator1=PCBItems.iterator();itera

23、tor1.hasNext();)ProcessPCB stu_Item=(ProcessPCB)iterator1.next();itemsPropertiesi+=stu_Item.toString();return itemsProperties;public Iterator iterator()return this.PCBItems.iterator();MemoryRecords.java package src;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;public class MemoryRecords imple

24、ments Iterable private ArrayList memoryItems;public Iterator iterator()/TODO Auto-generated method stub return this.memoryItems.iterator();public ArrayList getMemoryItems()return this.memoryItems;public MemoryRecords()this.memoryItems=new ArrayList();public void addItem(MemoryItem newMemoryItem)this

25、.memoryItems.add(newMemoryItem);public void removeItem(MemoryItem momoryItem)this.memoryItems.remove(momoryItem);public MemoryItem getMomoryItem(MemoryItem item)for(MemoryItem mItem:this.memoryItems)if(mItem.equals(item)return mItem;return null;public MemoryItem getMemoryItem(int base)for(MemoryItem

26、 mItem:this.memoryItems)if(mItem.getMemoryBase()=base)return mItem;return null;public int getNumberOfItems()return this.memoryItems.size();public String getItemsProperties()String itemsProperties=new StringgetNumberOfItems();int i=0;for(Iterator iterator1=this.memoryItems.iterator();iterator1.hasNex

27、t();)MemoryItem mmItem=(MemoryItem)iterator1.next();itemsPropertiesi+=mmItem.toString();/System.out.println(itemsProperties+n);if(itemsProperties=null)itemsProperties0=;return itemsProperties;SingleCPUSchedulingGUI001.Java import java.util.*;import java.awt.*;import java.awt.event.*;import javax.swi

28、ng.*;import javax.swing.event.*;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.AddToBAKListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.AddToReadyListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.RemoveListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.ResetListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.ResetSystemListene

29、r;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.StartSystemListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.SuspendListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.SystemPauseListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.UmountListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.priotiryListener;import src.SingleCPUSched

30、ulingGUI001.timeslicListener;import java.io.*;import java.text.*;public class SingleCPUSchedulingGUI001 extends JFrame private int systemStatues;/注意 static 属性 /*define 0-system prepare status-system reset and re-prepare 1-system start 2-system pause 3-system stop*/*Standar error stream*/static priva

31、te PrintWriter stdErr=new PrintWriter(System.err,true);static private int WIDTH=600,HEIGHT=700;/the size of the Frame 主面板 /*各列表对应的面板规格*/*对应各名词释义 backupBAK 后备 ready 就绪 suspend 挂起 memory内存*/static private int BackupBAK_CELL_SIZE=250,BackupBAK_LIST_ROWS=10;/后备队列 static private int Suspend_CELL_SIZE=250

32、,Suspend_LIST_ROWS=10;/挂起队列 static private int Ready_CELL_SIZE=200,Ready_LIST_ROWS=6;/就绪队列 static private int CPU_ROWS=10,CPU_COLS=22;/CPU面板 static private int STATUS_ROWS=8,STATUS_COLS=30;/系统状态面板 private int timeslice=1;/设置时间片大小 private int systemStatus=0;/设置系统状态 0系统预备状态，等待开始，1系统运行状态，2系统暂停状态 static

33、 private int TOTAL_TEXTFIELD_SIZE=10;/Size total text field 记录各队列元素个数 private JList backupList,suspendList,readyList;/各队列相对应的数组列表 /进程添加框中的添加至后备队列，添加至就绪队列，重置Button private JButton addToBAKButton,addToReadyButton,resetButton;/就绪队列框中的挂起，挂起队列框中的解挂，删除Button private JButton suspendButton,umountButton,removeButton;/Status 面板中的启动系统，重置系统Button private JButton startButton,pauseButton,resetSyatemButton;/优先级和