操作系统课程Linux环境下使用C语言实现先来先服务调度算法共13页.docx
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操作系统课程Linux环境下使用C语言实现先来先服务调度算法共13页
作业模拟调度实验
1课程设计的目的
通过该题目的设计过程,可以初步掌握作业调度的原理、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。
了解UNIX的命令及使用格式,熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令,练习并掌握UNIX提供的vi编辑器来编译C程序,学会利用gcc、gdb编译、调试C程序。
2课程设计的开发语言
程序设计所选用的程序设计语言为C语言。
3功能描述
先来先服务算法比较有利于长作业,而不利于短作业。
(1)短作业(SJF)的调度算法可以照顾到实际上在所有作业中占很大比例的短作业,使它能比长作业优先执行。
SPF优先调度算法:
是从就绪队列中选出一估计运行时间最短的进程,将处理机分配给它,使它立即执行到完成,或发生某事件而被阻塞放弃处理机时,再重新调度。
为了和FCFS调度算法进行比较,我们利用FCFS算法中所使用的实例并改用SJ(P)F算法重新调度,再进行性能分析。
采用SJF算法后,不论是平均周转时间还是平均带权周转时间都有较明显的改善,尤其是对短作业D,其周转时间由FCFS算法的11降为SJF算法中的3;而平均带权周转时间是从5.5降到1.5。
这说明SJF调度算法能有效地降低作业的平均等待时间和提高系统的吐量。
短作业优先调度算法对比先来先服务,不论是平均周转时间还是平均带权周转时间,都有较明显的改善,尤其是对短作业。
该算法对长作业不利,而且未考虑作业的紧迫程度,因而不能保证紧迫性作业会被及时处理。
如作业C的周转时间由10增至16,带权周转时间由2增至3.1。
更严重的是,如果有一长作业(进程)进入系统的后备队列(就绪队列),由于调度程序总是优先调度那些(即使是后进来的)短作业(进程),将致使长作业(进程)得不到调度。
(2)该算法完全未考虑作业的紧迫程度,因而不能保证紧迫性作业(进程),会得到及时处理;
(3)由于作业(进程)的长短只是根据用户所提供的估计执行时间而定,而用户又可能会有意或无意地缩短其作业的估计执行时间,致使该算法不一定能真正做到短作业优先调度。
高响应比优先调度算法在批处理系统中,用作作业调度的短作业优先算法是一个比较好的算法。
其主要缺点是作业的运行得不到保证。
如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权机制,并使以速率a增加,则长作业在等待一定的时间后,必须有机会分配到处理机。
该优先权的变化可描述为:
优先权=(等待时间+要求服务时间)/要求服务时间
由于等待时间加上要求服务时间,就是系统对该作业的响应时间,故该优先权又相当于响应比Rp=等待时间加要求服务时间/要求服务时间=响应时间/要求服务时间
由上式可以看出:
(1)如果作业的等待时间相同,则要求服务的时间愈短,其优先权愈高,因而该算法有利于短作业;
(2)当要求服务的时间相同时,作业的优先权决定于其等待时间,因而实现了先来先服务;
(3)对于长作业,当其等待时间足够长时,其优先权便可升到很高,从而也可获得处理机。
该算法既照顾了短作业,又考虑了作业到达的先后顺序,也不会使作业长期得不到服务。
因此,该算法实现了一种较好的折衷。
当然,再利用该算法时,每要进行调度之前,都需先进行响应应比的计算,这会增加系统的开销。
4方案论证
4.1概要设计
假设在单道批处理环境下有四个作业JOB1、JOB2、JOB3、JOB4,已知它们进入系统的时间、估计运行时间。
分别采用先来先服务(FCFS),最短作业优先(SJF)、响应比高者优先(HRN)的调度算法,计算出作业的平均周转时间和带权的平均周转时间。
作业i的周转时间:
Ti=Tci-Tsi
作业的平均周转时间:
T=
作业i的带权周转时间:
Wi=Ti/Tri
作业的平均带权周转时间:
W=
先来先服务调度算法(FCFS):
每次调度都是从后备作业队列中,选择一个或多个最先进入该队列的作业,将它们调入内存,为它们分配资源、创建进程,然后放入就绪队列。
在进程调度中采用FCFS算法时,这每次调度是从就绪队列中,选择一个最先进入该队列的进程,为之分配处理机,使之投入运行。
该进程一直运行到完成或发生某事件阻赛后,才放弃处理机。
短作业(进程)优先调度算法SJ(P)F,是指对短作业或短进程优先调度的算法。
它们可分别用于作业调度和进程调度。
该调度算法是从后备(就绪)队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业(进程),将它们调度内存运行。
响应比高者优先(HRN):
每次从后备队列中选择一个或若干个估计响应比最高的作业,将它们调入内存运行。
响应比Rp=作业响应时间/运行时间
=作业等待时间+作业运行时间
=1+作业等待时间
每个作业由一个作业控制块JCB表示,JCB可以包含如下信息:
作业名、提交时间、所需的运行时间、所需的资源、作业状态、链指针等等。
作业的状态可以是等待W(Wait)、运行R(Run)和完成F(Finish)三种状态之一。
每个作业的最初状态总是等待W。
各个等待的作业按照提交时刻的先后次序排队,总是首先调度等待队列中队首的作业。
每个作业完成后要打印该作业的开始运行时刻、完成时刻、周转时间和带权周转时间,这一组作业完成后要计算并打印这组作业的平均周转时间、带权平均周转时间。
4.2详细设计
4.2.1程序设计过程中的部分算法
(1)用类C语言定义相关的数据类型
定义头文件:
#include
#include
#definegetpch(type)(type*)malloc(sizeof(type))
定义结构体:
structworktime{
floatTb;//作业运行时刻
floatTc;//作业完成时刻
floatTi;//周转时间
floatWi;//带权周转时间
};
structjcb{//定义作业控制块JCB
charname[10];//作业名
floatsubtime;//作业提交时间
floatruntime;//作业所需的运行时间
charresource;//所需资源
floatRp;//后备作业响应比
charstate;//作业状态
structworktimewt;
structjcb*link;//链指针
}*jcb_ready=NULL,*j;
(2)各模块伪码
voidSJFget()//获取队列中的最短作业
{
JCB*front,*mintime,*rear;//定义JCB指针
intipmove=0;
mintime=jcb_ready;
rear=mintime->link;
while(rear!
=NULL)if((rear!
=NULL)&&(T>=rear->subtime)&&(mintime->runtime)>(rear->runtime))
{//队列不空时,给作业排队
front=mintime;
mintime=rear;
rear=rear->link;
ipmove=1;
}
else
rear=rear->link;
if(ipmove==1){//队首作业完成,后续作业重新排队
front->link=mintime->link;
mintime->link=jcb_ready;
}
jcb_ready=mintime;
}
voidHRNget()//获取队列中的最高响应作业
{
JCB*front,*mintime,*rear;
intipmove=0;//初始化
mintime=jcb_ready;
rear=mintime->link;
while(rear!
=NULL)
if((rear!
=NULL)&&(T>=rear->subtime)&&(mintime->Rp)<(rear->Rp))
{//队尾不空时,作业按运行时间排队
front=mintime;
mintime=rear;
rear=rear->link;
ipmove=1;
}
else
rear=rear->link;
if(ipmove==1){//队首作业完成,改变指针
front->link=mintime->link;
mintime->link=jcb_ready;
}
jcb_ready=mintime;
}
4.2.2主程序流程图:
初始化所有的JCB
使JCB按作业提交的时刻的先后顺序排队
时间量 T:
=0
调度队首的作业投入运行:
(更改队首指针,使作业的状态为R,记住作业开始运行的时刻Tb等)
计算并打印运行作业i的完成时刻Tc,周转时间Ti,带权周转时间Wi
(完成时刻Tc=开始运行时刻+运行时间
周转时间Ti=完成时刻-提交时刻
带权周转时间Wi=周转时间÷运行时间)
更改时间量T的值
(T:
=T+作业i的运行时间)
计算并打印这组作业的平均周转时间及带权平均周转时间
图1调度算法流程图
图2
5运行结果
图3运行结果
6心得体会
经过一周的努力,我的课程设计基本完成了,这次课程设计培养了我耐心、慎密、全面地考虑问题的能力,从而加快了问题解决的速度、提高了个人的工作效率,以及锻炼围绕问题在短时间内得以解决的顽强意志。
在编写程序的过程中,我的能力得到了提高,同时养成了科学、严谨的作风和习惯。
为此我要感谢信息学院开设了这门操作系统课程设计,为我们提供了进一步学习算法、操作系统和巩固C语言程序计设这个平台并。
同时还要感谢对同一题目进行攻关的同学们给予的帮助,没他们的帮助可能有很多问题我个人不能进行很好的解决。
在此我对他们帮助给予衷心的感谢。
7附录
#include"stdio.h"
#include
#definegetpch(type)(type*)malloc(sizeof(type))
structworktime{
floatTb;//作业运行时刻
floatTc;//作业完成时刻
floatTi;//周转时间
floatWi;//带权周转时间
};
structjcb{/*定义作业控制块JCB*/
charname[10];//作业名
floatsubtime;//作业提交时间
floatruntime;//作业所需的运行时间
charresource;//所需资源
floatRp;//后备作业响应比
charstate;//作业状态
structworktimewt;
structjcb*link;//链指针
}*jcb_ready=NULL,*j;
typedefstructjcbJCB;
floatT=0;
voidsort()/*建立对作业进行提交时间排列函数*/
{
JCB*first,*second;
intinsert=0;
if((jcb_ready==NULL)||((j->subtime)<(jcb_ready->subtime)))/*作业提交时间最短的,插入队首*/
{
j->link=jcb_ready;
jcb_ready=j;
T=j->subtime;
j->Rp=1;
}
else/*作业比较提交时间,插入适当的位置中*/
{
first=jcb_ready;
second=first->link;
while(second!
=NULL)
{
if((j->subtime)<(second->subtime))/*若插入作业比当前作业提交时间短,*/
{/*插入到当前作业前面*/
j->link=second;
first->link=j;
second=NULL;
insert=1;
}
Else/*插入作业优先数最低,则插入到队尾*/
{
first=first->link;
second=second->link;
}
}
if(insert==0)first->link=j;
}
}
voidSJFget()/*获取队列中的最短作业*/
{
JCB*front,*mintime,*rear;
intipmove=0;
mintime=jcb_ready;
rear=mintime->link;
while(rear!
=NULL)
if((rear!
=NULL)&&(T>=rear->subtime)&&(mintime->runtime)>(rear->runtime))
{
front=mintime;
mintime=rear;
rear=rear->link;
ipmove=1;
}
else
rear=rear->link;
if(ipmove==1){
front->link=mintime->link;
mintime->link=jcb_ready;
}
jcb_ready=mintime;
}
voidHRNget()/*获取队列中的最高响应作业*/
{
JCB*front,*mintime,*rear;
intipmove=0;
mintime=jcb_ready;
rear=mintime->link;
while(rear!
=NULL)
if((rear!
=NULL)&&(T>=rear->subtime)&&(mintime->Rp)<(rear->Rp))
{
front=mintime;
mintime=rear;
rear=rear->link;
ipmove=1;
}
else
rear=rear->link;
if(ipmove==1){
front->link=mintime->link;
mintime->link=jcb_ready;
}
jcb_ready=mintime;
}
voidinput()/*建立作业控制块函数*/
{inti,num;
printf("\n请输入作业数:
?
");
scanf("%d",&num);
for(i=0;i { printf("\n作业号No.%d: \n",i); j=getpch(JCB); printf("\n输入作业名: "); scanf("%s",j->name); printf("\n输入作业提交时刻: "); scanf("%f",&j->subtime); printf("\n输入作业运行时间: "); scanf("%f",&j->runtime); printf("\n"); j->state='w'; j->link=NULL; sort();/*调用sort函数*/ } } intspace() { intl=0;JCB*jr=jcb_ready; while(jr! =NULL) { l++; jr=jr->link; } return(l); } voiddisp(JCB*jr,intselect)/*建立作业显示函数,用于显示当前作业*/ { if(select==3)printf("\n作业服务时间响应比运行时刻完成时刻周转时间带权周转时间\n"); elseprintf("\n作业服务时间运行时刻完成时刻周转时间带权周转时间\n"); printf("|%s\t",jr->name); printf("|%.2f\t",jr->runtime); if(select==3)printf("|%.2f",jr->Rp); if(j==jr){ printf("|%.2f\t",jr->wt.Tb); printf("|%.2f",jr->wt.Tc); printf("|%.2f\t",jr->wt.Ti); printf("|%.2f",jr->wt.Wi); } printf("\n"); } voidcheck(intselect)/*建立作业查看函数*/ {JCB*jr; printf("\n****当前正在运行的作业是: %s",j->name);/*显示当前运行作业*/ disp(j,select); jr=jcb_ready; printf("\n****当前就绪队列状态为: \n");/*显示就绪队列状态*/ while(jr! =NULL) { jr->Rp=(T-jr->subtime)/jr->runtime; disp(jr,select); jr=jr->link; } destroy(); } intdestroy()/*建立作业撤消函数(作业运行结束,撤消作业)*/ { printf("\n作业[%s]已完成.\n",j->name); free(j); } voidrunning(JCB*jr)/*建立作业就绪函数(作业运行时间到,置就绪状态*/ { if(T>=jr->subtime)jr->wt.Tb=T;elsejr->wt.Tb=jr->subtime; jr->wt.Tc=jr->wt.Tb+jr->runtime; jr->wt.Ti=jr->wt.Tc-jr->subtime; jr->wt.Wi=jr->wt.Ti/jr->runtime; T=jr->wt.Tc; } intmain()/*主函数*/ { intselect=0,len,h=0; floatsumTi=0,sumWi=0; input(); len=space(); printf("\n\t1.FCFS2.SJF3.HRN\n\n请选择作业调度算法: ? "); scanf("%d",&select); while((len! =0)&&(jcb_ready! =NULL)) {h++; printf("\n执行第%d个作业\n",h); j=jcb_ready; jcb_ready=j->link; j->link=NULL; j->state='R'; running(j); sumTi+=j->wt.Ti; sumWi+=j->wt.Wi; check(select); if(select==2&&h if(select==3&&h printf("\n按任一键继续......\n"); getchar(); getchar(); } printf("\n\n作业已经完成.\n"); printf("\t此组作业的平均周转时间: %.2f\n",sumTi/h); printf("\t此组作业的带权平均周转时间: %.2f\n",sumWi/h); getchar();} 参考文献 [1]汤子瀛,哲凤屏.计算机操作系统[M].西安电子科技大学学出版社. [2]王清,李光明.计算机操作系统[M].冶金工业出版社. [3]孙钟秀.操作系统教程[M].高等教育出版社 [4]曾明. Linux操作系统应用教程[M].陕西科学技术出版社. [5]张丽芬,刘利雄.操作系统实验教程[M].清华大学出版社. [6]孟静, 操作系统教程--原理和实例分析[M].高等教育出版社. [7]周长林,计算机操作系统教程[M].高等教育出版社 [8]张尧学,计算机操作系统教程[M],清华大学出版社 [9]任满杰,操作系统原理实用教程[M],电子工业出版社
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