1、實驗二 單處理器系統的進程調度（附實驗報告）1實驗目的加深對進程概念的理解，明確進程和程序的區別；深入了解系統如何組織進程、創建進程；進一步認識如何實現處理器調度。2實驗預備知識進程的概念；進程的組織方式；進程的創建；進程的調度。3實驗內容編寫程序完成單處理機系統中的進程調度，要求采用時間片輪轉調度算法。實驗具體包括：首先確定進程控制塊的內容，進程控制塊的組成方式； 然后完成進程創建原語和進程調度原語；最后編寫主函數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、如何創建進程和如何實現處理器調度。考慮如何組織進程，首先就要設定進程控制塊的內容。進程控制塊PCB記錄各個

2、進程執行時的情況。不同的操作系統，進程控制塊記錄的信息內容不一樣。操作系統功能越強，軟件也越龐大，進程控制塊記錄的內容也就越多。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：標識信息每個進程都要有一個惟一的標識符，用來標識進程的存在和區別于其他進程。這個標識符是必不可少的，可以用符號或編號實現，它必須是操作系統分配的。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。說明信息用于記錄進程的基本情況，例如進程的狀態、等待原因、進程程序存放位置、進程數據存放位置等等。實驗中，因為進程沒有數據和程序，僅使用進

3、程控制塊模擬進程，所以這部分內容僅包括進程狀態。現場信息現場信息記錄各個寄存器的內容。當進程由于某種原因讓出處理器時，需要將現場信息記錄在進程控制塊中，當進行進程調度時，從選中進程的進程控制塊中讀取現場信息進行現場恢復。現場信息就是處理器的相關寄存器內容，包括通用寄存器、程序計數器和程序狀態字寄存器等。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模擬程序計數器、大寫的全局變量PSW模擬程序狀態字寄存器。管理信息管理信息記錄進程管理和調度的信息。例如進程優先數、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構定義如

4、下：structpcbint name;int status;int ax, bx, cx,dx;int pc;intpsw;int next;確定進程控制塊內容后，要考慮的就是如何將進程控制塊組織在一起。多道程序設計系統中，往往同時創建多個進程。在單處理器的情況下，每次只能有一個進程處于運行態，其他的進程處于就緒狀態或等待狀態。為了便于管理，通常把處于相同狀態的進程的進程控制塊鏈接在一起。單處理器系統中，正在運行的進程只有一個。因此，單處理器系統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。由于實驗模擬的是進程調度，沒

5、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。 操作系統的實現中，系統往往在主存中劃分出一個連續的專門區域存放系統的進程控制塊，實驗中應該用數組模擬這個專門的進程控制塊區域，定義如下：#define n 10structpcb pcbarean;這樣， 進程控制塊的鏈表實際上是數據結構中使用的靜態鏈表。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靜態鏈表。為了管理空閑進程控制塊，還應該將空閑控 制塊鏈接成一個隊列。實驗中采用時間片輪轉調度算法，這種算法是將進程控制塊按照進入就緒隊列的先后次序排成隊列

6、。關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，下面考慮如何創建進程。進程創建是一個原語，因此在實驗中應該用一個函數實現，進程創建的過程應該包括：申請進程控制塊：進程控制塊的數量是有限的，如果沒有空閑進程控制塊，則進程不能創建，如果申請成功才可以執行第步；

7、申請資源：除了進程控制塊外，還需要有必要的資源才能創建進程，如果申請資源不成功，則不能創建進程，并且歸還已申請的進程控制塊；如果申請成功，則執行第三步，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，實驗中只有進程標識符、 進程狀態可以填寫，每個進程現場信息中的寄存器內容由于沒有具體數據而使用進程（模擬進程創建時，需輸入進程標識符字，進程標識符本應系統建立，并且是惟一的，輸入時注意不要沖突），剛剛創建的進程應該為就緒態，然后轉去執行第四步；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，并修改就緒隊列尾部指針；如果原來就

8、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，進程創建完成。進程創建流程圖如圖2.2所示。多道程序設計的系統中，處于就緒態的進程往往是多個，它們都要求占用處理器，可是單處理器系統的處理器只有一個，進程調度就是解決這個處理器競爭問題的。進程調度的任務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。因此進程調度程序就應該包括兩部分，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的各個寄存器中。&l

9、t;w>取空閑進程控制塊隊冽的需一個產pfte已結束圖2.2進程創建流程圖實驗中采用時間片輪轉調度算法。時間片輪轉調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，但是規定只能使用一個“時間片 ”。時間片就是規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。采用時間片輪轉調度算法的進程調度流程圖如圖2.3 所示。完成上述功能后，編寫主函數進行測試：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容輸出，察看結果。5.課外題圖2.3進程調度流程圖編程實現采用

10、優先數調度算法的進程調度。我的實現代碼（C 語言）：#include <stdio.h>#define N 10/系統中所允許的最大進程數量#define SLOT 5/時間片大小/進程狀態枚舉typedefenumRunning,/運行狀態Aready,/就緒狀態Blocking/阻塞狀態 ProStatus;/進程控制塊typedefstructint name;/進程標識符ProStatus status;/進程狀態intax,bx,cx,dx; /通用寄存器int pc;/程序計數器寄存器intpsw;/程序狀態字寄存器int next;/指向下一個進程的指針 PCB;/就

11、緒隊列指針typedefstructint head;/頭指針int tail;/尾指針 Ready;/模擬寄存器int PSW,AX,BX,CX,DX,PC,TIME;/PCB 的靜態鏈表PCB pcbAreaN;/模擬PCB 區域的數組int run;/運行狀態程序的指針Ready ready; /就緒隊列指針intpfree;/空閑隊列的指針/初始化運行狀態進程指針void InitRun()run=-1;/初始化就緒狀態隊列void InitReady()ready.head=ready.tail=-1;/初始化空閑隊列void InitFree()int temp;for(temp=

12、0;temp<N-1;temp+)pcbAreatemp.next=temp+1;pcbAreatemp.next=-1;pfree=0;/就緒隊列出隊intPopReady()/返回結點在PCB 區域數組的編號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intPop

13、Free()/返回結點在PCB 區域數組的編號int temp;if(pfree=-1)n");printf(" 空閑隊列為空，不能出隊。return -1;temp=pfree;pfree=pcbAreatemp.next;pcbAreatemp.next=-1;return temp;/就緒隊列入隊void PushReady(int x) /x 為入隊結點的編號int temp;if(ready.head=-1)ready.head=x;ready.tail=x;elsetemp=ready.tail;ready.tail=x;pcbAreaready.tail.ne

14、xt=-1;/創建PCBvoid CreatePCB(intx,PCBpcb) /x 為要創建PCB 在 PCB 區域數組的編號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;/創建進程函數void Create(PCB pcb)int temp;if(pfree=-1)print

15、f(" 空閑隊列為空，不能創建進程。n");return;temp=PopFree();pcb.status=Aready;CreatePCB(temp,pcb);PushReady(temp);/進程調度函數void Schedule()int temp;if(ready.head=-1)printf(" 系統內沒有進程可以調度。");return;temp=PopReady();TIME=SLOT;/恢復CPU 現場AX=pcbAreatemp.ax;BX=pcbAreatemp.bx;CX=pcbAreatemp.cx;DX=pcbAreatemp

16、.dx;PC=pcbAreatemp.pc;PSW=pcbAreatemp.psw;run=temp;/將選中的進程賦給運行指針printf(" 當前運行的程序：n");/輸出調度結果printf(" 進程號：%dn",pcbA);printf(" 進程狀態：%dn",pcbArearun.status);printf(" 寄存器內容：nAXtBXtCXtDXtPCtPSWn");printf("%dt%dt%dt%dt%dt%dn",pcbArearun.ax,pcbArearun.bx,pcbArearun.cx,pcbArearun.dx,pcbArearun.pc,pcbArearu n.psw);void main()int temp;PCB tmp_pcb;printf(" 請輸入進程號，以負數為結束(進程號應保持唯一)。nn 按任意鍵進入輸入模式：");getchar();InitRun();InitReady();InitF