多级反馈队列调度算法的实现.docx
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多级反馈队列调度算法的实现
学生实习报告
课程名称_数据结构与数据处理应用训练
题目名称_多级反馈队列调度算法的实现_
学生学院
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
2012年2月16日
多级反馈队列调度算法的实现
【摘要】
多级反馈队列调度算法是操作系统中CPU处理机调度算法之一,该算法既能使高优先级的进程(任务)得到响应又能使短进程(任务)迅速完成。
UNIX操作系统便采取这种
算法,而本次试验就是试用C语言模拟某多级反馈队列调度算法。
本次试验中前三级就绪队列采用时间片轮转法,时间片大小分别为2、4和8,最后一级就绪队列采用FIFO调度,将任务进入多级队列进行模拟,任务从优先级高的队列到优先级地的队列的顺序逐一进入,还用了算法支持抢占式,最后完成模拟,得到各个任务先后完成的顺序,还有得到各个任务的响应时间、离开时间、周转时间。
【关键词】队列
优先级
任务
时间
1内容与要求【内容】
多级反馈队列调度算法是操作系统中CPU处理机调度算法之一,该算法既能使高优先级的进程(任务)得到响应又能使短进程(任务)迅速完成。
UNIX操作系统便采取这种算法,本次试验就是试用C语言模拟某多级反馈队列调度算法,通过输入任务号、到达时间、运行时间,求出任务完成的先后顺序以及各个任务的响应时间、离开时间、周转时间。
【要求】
多级反馈队列调度算法描述:
1、该调度算法设置四级就绪队列:
前三级就绪队列采用时间片轮转法,时间片大小分别为2、4和8;最后一级就绪队列采用FIFO调度。
2、任务在进入待调度的队列等待时,首先进入优先级最高的队列等待。
3、首先调度优先级高的队列中的任务。
若高优先级中队列中已没有调度的任务,则调度次优先级队列中的任务,依次类推。
4、对于同一个队列中的各个任务,按照队列指定调度方法调度。
每次任务调度执行后,若没有完成任务,就被降到下一个低优先级队列中。
5、在低优先级的队列中的任务在运行时,又有新到达的任务,CPU马上分配给新到达的任务。
(注:
与原来的题目不同,原题是在低优先级的队列中的任务在运行时,又有新到达的任务时,要在运行完这个时间片后,CPU马上分配给新到达的任务,而本题不需要在
运行完这个时间片,即正在进行的任务立刻停止,CPU马上分配给新到达的任务)
6、为方便实现,时间以1为单位,用整数数据表示;且每个时间点,最多只有一个任务请求服务(即输入)。
2总体设计
2.1算法总体思路:
这是建立在一个时间轴上的,即时刻,一个一个时刻(时间点)进行。
2.1.1主函数思路:
先初始化所有队列,再输入任务个数,如果输入个数为0,则重新输入,然后输入各个任务的信息,即任务号、到达时间、运行时间,再当时刻到任务的到达时间时,就创建任务,然后运行任务,时刻自动加1,创建任务与运行任务进行循环,直到所有任务进行完或所有队列为空才跳出循环,最后清空所有队列。
2.1.2功能函数思路:
voidcreate(LinkQueue*x,Jobjob:
)使任务的已运行时间为0,再使任务进入第一个队列。
voidfunction(LinkQueue*x,inttiming):
四个队列从第一个到第四个,即从最高优先级开始,
任务在4个队列中逐个进行,根据任务是否为第一次执行,求出响应时间,任务完成时,求出离开时间和周转时间输出信息,在前3个队列,如果任务刚完成一个就绪队列的时间片,就降低优先级,使任务进入下一个队列。
2.2功能模块介绍:
voidmain()
函数功能:
主函数
voidInitQueue(LinkQueue&HQ):
队列的初始化voidEnQueue(LinkQueue&HQ,ElemTypeitem)函数功能:
向队列中插入一个元素
ElemTypeOutQueue(LinkQueue&HQ)
函数功能:
从队列中删除一个元素
ElemType*PeekQueue(LinkQueue&HQ)函数功能:
读取队首元素
boolEmptyQueue(LinkQueue&HQ)
函数功能:
检查队列是否为空
voidClearQueue(LinkQueue&HQ)
函数功能:
清除链队中的所有元素,使之变为空队
voidcreate(LinkQueue*x,Jobjob)
函数功能:
创建任务
voidfunction(LinkQueue*x,inttiming)
函数功能:
任务运行。
2.3输入输出
输入:
任务号到达时间运行时间
输出:
任务号响应时间离开时间周转时间、
2.4文件介绍
main.cpp主函数的存放,功能函数的调用。
queue.h队列的各个基本功能函数,任务的创建函数与运行函数3详细设计
3.1存储结构描述
structJob{
intjobnum;//任务号
intarrivetime;//到达时间
intburst;//运行时间
intleavetime;//离开时间
introundtime;//周转时间
intruntime;//已运行时间
};//任务的存储结构
typedefJobElemType;//任务的类型定义
structLNode{
ElemTypedata;〃值域
LNode*next;//链接指针域
};
structLinkQueue{
LNode*front;//队首指针
LNode*rear;//队尾指针
};
3.2参数说明
timing是时刻,时间轴;
Job*jobing:
任务数组(动态分配)intleatime[4];//时间片大小
到达时间:
任务请求的时刻
运行时间:
任务运行完需要的时间响应时间:
任务从到达时间到任务第一次执行的时间差周转时间:
任务从开始请求(到达时间)到任务完成离开的时间已运行时间:
任务已运行的时间
离开时间:
任务运行完后离开队列的时刻
3.3具体算法
voidInitQueue(LinkQueue&HQ)
算法:
队首队尾设置为空。
voidEnQueue(LinkQueue&HQ,ElemTypeitem)
算法:
得到一个新结点,把item的值赋给新结点的值域,再把新结点的指针域置空,若链
队为空,则新结点既是队首又是队尾,若链队非空,则新结点被链接到队尾并修改队尾指
针。
ElemTypeOutQueue(LinkQueue&HQ)算法:
若链队为空则中止运行,暂存队首元素以便返回,暂存队首指针以便收回队首节点,使队首指针指向下一个结点,若删除后链队为空,则使队尾指针为空,然后回收原队首节点,返回被删除的队首元素。
ElemType*PeekQueue(LinkQueue&HQ)
算法:
若链队为空则中止运行,返回队首元素指针(Job*)。
boolEmptyQueue(LinkQueue&HQ)
算法:
判断队首或队尾任一个指针是否为空即可。
voidClearQueue(LinkQueue&HQ)
算法:
队首指针赋给p,依次删除队列中的每个结点,然后循环结束后队首指针已经变空,
置队尾指针为空。
voidcreate(LinkQueue*x,Jobjob)
算法:
使任务的已运行时间为0,再使任务进入第一个队列。
voidfunction(LinkQueue*x,inttiming)
算法:
将4个队列设为循环,从第一个队列开始到第四个队列逐个进行以下操作。
判断队列是否为空,当队列不为空时,则继续,若该队列的已运行时间为1并且时刻已等于或大于任务的到达时间,即判断任务是否为第一次执行,若是,求出任务响应时间=当前时刻-
任务到达时间,即发出请求到任务开始的时间差。
如果运行完,求出任务离开时间=当前时刻+1,周转时间=离开时间-到达时间,输出任务信息,再判断该任务是否完成该队列的时
间片,若是,则降低优先级,任务进入下一级队列。
所有队列遍历完,任务均完成,循环结束。
4程序测试测试一:
测试数据:
108
264
3912
测试二:
测试数据:
107
254
3713
4129
0,重新输入
测试三:
当输入错误,输入任务个数是测试数据:
254
3713
4129
测试四:
测试数据:
115
242
测试五:
测试数据:
128
232
375
4910
选作(同个时间点多个任务请求)测试六:
测试数据:
123
224
369
467
5总结
这次实验用了多级反馈队列调度算法,这个算法我们没有学过,所以理解有点困难,但是,这个算法中涉及到了队列,它是队列的升级,是多级队列,因此,我在此不仅学到了新的知识,还是对数据结构中队列部分的熟悉与加深,更好的掌握了队列知识。
这次实验我的题目与原题有点差别,在低优先级的队列中的任务在运行时,又有新到达的任务,那么在运行完这个时间片后,CPU马上分配给新到达的任务,即算法支持抢占式,但我的程序确是在新到达的任务,那么这个任务立即中止,CPU马上分配给新到达的任务,我觉
得这样更好。
当然,这次编程中遇到过许多困难,比如存储结构顺序的错误,又比如ElemType*PeekQueue(LinkQueue&HQ,)这是与队列的原基础功能函数有所区别,它需要的是返回元素指针(Job*),我原来返回的是元素,后来经过调试,错误提示,才改正确等等。
多级反馈队列调度算法是操作系统中CPU处理机调度算法之一,该算法既能使高优先级的进程(任务)得到响应又能使短进程(任务)迅速完成。
UNIX操作系统便采取这种算法现实中,我们在计算机中打开各种程序,就是多级反馈队列调度算法的应用,这次是我们对操作系统操作的模拟,与实际相联系,增加了趣味性。
这次是我们第一次接触操作系统,对操作系统原理有了一定的了解,为我们将来学习操作系统打下了基础。
参考文献
《数据结构实用教程》
附录
main.cpp
#include
#include
#include
#include"queue.h"
voidmain()
{
LinkQueue*x;
inttiming=0;//时刻
Job*jobing;//任务数组(动态分配)
x=(LinkQueue*)malloc(sizeof(LinkQueue)*5);
for(i=1;i<=4;i++)//初始化所有队列
InitQueue(x[i]);
cout<<"请输入任务个数:
"< cin>>n; if(n==0){ cout<<"没有任务,请重新输入"< cin>>n; } jobing=newJob[n];//动态空间分配 cout<<"请输入各个任务信息: "< cout<<"任务号到达时间运行时间"< for(i=0;i cin>>jobing[i].jobnum>>jobing[i].arrivetime>>jobing[i].burst; i=0; while(i! =n||! (EmptyQueue(x[1])&&EmptyQueue(x[2]) &&EmptyQueue(x[3])&&EmptyQueue(x[4]))){ while(timing==jobing[i].arrivetime) create(x,jobing[i]);〃创建任务 i++; } function(x,timing);//任务运行timing++; } for(i=1;i<=4;i++) ClearQueue(x[i]);〃清空队列 } queue.h structJob{ intjobnum;//任务号 intarrivetime;//到达时间 intburst;//运行时间 intretime;//响应时间 intleavetime;//离开时间 introundtime;//周转时间 intruntime; //已运行时间 }; typedefJobElemType; structLNode{ ElemTypedata; LNode*next; }; structLinkQueue{ LNode*front; LNode*rear; }; voidInitQueue(LinkQueue&HQ) { HQ.front=HQ.rear=NULL; voidEnQueue(LinkQueue&HQ,ElemTypeitem) { LNode*newptr=newLNode; newptr->data=item; newptr->next=NULL; if(HQ.rear==NULL) HQ.front=HQ.rear=newptr; else HQ.rear=HQ.rear->next=newptr; } ElemTypeOutQueue(LinkQueue&HQ) { if(HQ.front==NULL){ cerr<<"QueueNULL."< exit (1); ElemTypetemp=HQ.front->data; LNode*p=HQ.front; HQ.front=p->next; if(HQ.front==NULL) HQ.rear=NULL; deletep; returntemp; } ElemType*PeekQueue(LinkQueue&HQ) { "< (1);} if(HQ.front==NULL){cerr<<"队列为空无首元素。 return&HQ.front->data; } boolEmptyQueue(LinkQueue&HQ) returnHQ.front==NULL; } voidClearQueue(LinkQueue&HQ) { LNode*p=HQ.front; while(p! =NULL){ HQ.front=HQ.front->next; deletep; p=HQ.front; } HQ.rear=NULL; } voidfunction(LinkQueue*x,inttiming)//任务运行 intleatime[4];//时间片的大小 leatime[0]=0; leatime[1]=2; leatime[2]=6; leatime[3]=14; Job*t=NULL; inti=1; while(i<5) { if(EmptyQueue(x[i])==false)//如果队列不为空 { t=PeekQueue(x[i]);〃读取队首元素 t->runtime++;//已运行时间+1 if(t->runtime==1&&timing>=t->arrivetime) t->retime=timing-t->arrivetime; if(t->runtime==t->burst) { t->leavetime=timing+1; t->roundtime=t->leavetime-t->arrivetime; cout<<"任务号: "< "< cout<<"离开时间: "< "< cout< OutQueue(x[i]); } elseif((t->runtime==leatime[i])&&(i<=3)) {//调整优先级 EnQueue(x[i+1],OutQueue(x[i])); } break; i++; } } voidcreate(LinkQueue*x,Jobjob) { job.runtime=0; EnQueue(x[1],job);
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