實(shí)驗(yàn)二 單處理器系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度

1、實(shí)驗(yàn)二 單處理器系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度（附實(shí)驗(yàn)報告）1實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由顚M(jìn)程概念的理解，明確進(jìn)程和程序的區(qū)別；深入了解系統(tǒng)如何組織進(jìn)程、創(chuàng)建進(jìn)程；進(jìn)一步認(rèn)識如何實(shí)現(xiàn)處理器調(diào)度。2實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識進(jìn)程的概念；進(jìn)程的組織方式；進(jìn)程的創(chuàng)建；進(jìn)程的調(diào)度。 3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編寫程序完成單處理機(jī)系統(tǒng)中的進(jìn)程調(diào)度，要求采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。實(shí)驗(yàn)具體包括：首先確定進(jìn)程控制塊的內(nèi)容，進(jìn)程控制塊的組成方式；然后完成進(jìn)程創(chuàng)建原語和進(jìn)程調(diào)度原語；最后編寫主函數(shù)對所作工作進(jìn)程測試。4提示與講解這個實(shí)驗(yàn)主要要考慮三個問題：如何組織進(jìn)程、如何創(chuàng)建進(jìn)程和如何實(shí)現(xiàn)處理器調(diào)度?？紤]如何組織進(jìn)程，首先就要設(shè)定進(jìn)程控制塊的內(nèi)容。進(jìn)程控制塊PCB記錄各個

2、進(jìn)程執(zhí)行時的情況。不同的操作系統(tǒng)，進(jìn)程控制塊記錄的信息內(nèi)容不一樣。操作系統(tǒng)功能越強(qiáng)，軟件也越龐大，進(jìn)程控制塊記錄的內(nèi)容也就越多。這里的實(shí)驗(yàn)只使用了必不可少的信息。一般操作系統(tǒng)中，無論進(jìn)程控制塊中信息量多少，信息都可以大致分為以下四類： 標(biāo)識信息每個進(jìn)程都要有一個惟一的標(biāo)識符，用來標(biāo)識進(jìn)程的存在和區(qū)別于其他進(jìn)程。這個標(biāo)識符是必不可少的，可以用符號或編號實(shí)現(xiàn)，它必須是操作系統(tǒng)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(jìn)程依次分配一個不相同的正整數(shù)。 說明信息用于記錄進(jìn)程的基本情況，例如進(jìn)程的狀態(tài)、等待原因、進(jìn)程程序存放位置、進(jìn)程數(shù)據(jù)存放位置等等。實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)檫M(jìn)程沒有數(shù)據(jù)和程序，僅使

3、用進(jìn)程控制塊模擬進(jìn)程，所以這部分內(nèi)容僅包括進(jìn)程狀態(tài)。 現(xiàn)場信息現(xiàn)場信息記錄各個寄存器的內(nèi)容。當(dāng)進(jìn)程由于某種原因讓出處理器時，需要將現(xiàn)場信息記錄在進(jìn)程控制塊中，當(dāng)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度時，從選中進(jìn)程的進(jìn)程控制塊中讀取現(xiàn)場信息進(jìn)行現(xiàn)場恢復(fù)?，F(xiàn)場信息就是處理器的相關(guān)寄存器內(nèi)容，包括通用寄存器、程序計數(shù)器和程序狀態(tài)字寄存器等。在實(shí)驗(yàn)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(shù)器、大寫的全局變量PSW模擬程序狀態(tài)字寄存器。 管理信息管理信息記錄進(jìn)程管理和調(diào)度的信息。例如進(jìn)程優(yōu)先數(shù)、進(jìn)程隊(duì)列指針等。實(shí)驗(yàn)中，僅包括隊(duì)列指針。因此可將進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)定

4、義如下：struct pcbint name; int status; int ax, bx, cx,dx; int pc; int psw; int next; 確定進(jìn)程控制塊內(nèi)容后，要考慮的就是如何將進(jìn)程控制塊組織在一起。多道程序設(shè)計系統(tǒng)中，往往同時創(chuàng)建多個進(jìn)程。在單處理器的情況下，每次只能有一個進(jìn)程處于運(yùn)行態(tài)，其他的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)或等待狀態(tài)。為了便于管理，通常把處于相同狀態(tài)的進(jìn)程的進(jìn)程控制塊鏈接在一起。單處理器系統(tǒng)中，正在運(yùn)行的進(jìn)程只有一個。因此，單處理器系統(tǒng)中進(jìn)程控制塊分成一個正在運(yùn)行進(jìn)程的進(jìn)程控制塊、就緒進(jìn)程的進(jìn)程控制塊組織成的就緒隊(duì)列和等待進(jìn)程的進(jìn)程控制塊組成的等待隊(duì)列。由于實(shí)驗(yàn)

5、模擬的是進(jìn)程調(diào)度，沒有對等待隊(duì)列的操作，所以實(shí)驗(yàn)中只有一個指向正在運(yùn)行進(jìn)程的進(jìn)程控制塊指針和一個就緒進(jìn)程的進(jìn)程控制塊隊(duì)列指針。操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，系統(tǒng)往往在主存中劃分出一個連續(xù)的專門區(qū)域存放系統(tǒng)的進(jìn)程控制塊，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該用數(shù)組模擬這個專門的進(jìn)程控制塊區(qū)域，定義如下：#define n 10 struct pcb pcbarean; 這樣，進(jìn)程控制塊的鏈表實(shí)際上是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中使用的靜態(tài)鏈表。進(jìn)程控制塊的鏈接方式可以采用單向和雙向鏈表，實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)程控制塊隊(duì)列采用單向不循環(huán)靜態(tài)鏈表。為了管理空閑進(jìn)程控制塊，還應(yīng)該將空閑控制塊鏈接成一個隊(duì)列。實(shí)驗(yàn)中采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，這種算法是將進(jìn)程控制塊按照進(jìn)入就緒隊(duì)

6、列的先后次序排成隊(duì)列。關(guān)于就緒隊(duì)列的操作就是從隊(duì)頭摘下一個進(jìn)程控制塊和從隊(duì)尾掛入一個進(jìn)程控制塊。因此為就緒隊(duì)列定義兩個指針，一個頭指針，指向就緒隊(duì)列的第一個進(jìn)程控制塊；一個尾指針，指向就緒隊(duì)列的最后一個進(jìn)程控制塊。實(shí)驗(yàn)中指向運(yùn)行進(jìn)程的進(jìn)程控制塊指針、就緒隊(duì)列指針和空閑進(jìn)程控制塊隊(duì)列指針定義如下：int run; structint head;int tail;ready; int pfree; 以上是如何組織進(jìn)程，下面考慮如何創(chuàng)建進(jìn)程。進(jìn)程創(chuàng)建是一個原語，因此在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該用一個函數(shù)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)程創(chuàng)建的過程應(yīng)該包括：申請進(jìn)程控制塊：進(jìn)程控制塊的數(shù)量是有限的，如果沒有空閑進(jìn)程控制塊，則進(jìn)程不能創(chuàng)建，如

7、果申請成功才可以執(zhí)行第步；申請資源：除了進(jìn)程控制塊外，還需要有必要的資源才能創(chuàng)建進(jìn)程，如果申請資源不成功，則不能創(chuàng)建進(jìn)程，并且歸還已申請的進(jìn)程控制塊；如果申請成功，則執(zhí)行第三步，實(shí)驗(yàn)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(jìn)程控制塊：將該進(jìn)程信息寫入進(jìn)程控制塊內(nèi)，實(shí)驗(yàn)中只有進(jìn)程標(biāo)識符、進(jìn)程狀態(tài)可以填寫，每個進(jìn)程現(xiàn)場信息中的寄存器內(nèi)容由于沒有具體數(shù)據(jù)而使用進(jìn)程（模擬進(jìn)程創(chuàng)建時，需輸入進(jìn)程標(biāo)識符字，進(jìn)程標(biāo)識符本應(yīng)系統(tǒng)建立，并且是惟一的，輸入時注意不要沖突），剛剛創(chuàng)建的進(jìn)程應(yīng)該為就緒態(tài)，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行第四步；掛入就緒隊(duì)列：如果原來就緒隊(duì)列不為空，則將該進(jìn)程控制塊掛入就緒隊(duì)列尾部，并修改就緒

8、隊(duì)列尾部指針；如果原來就緒隊(duì)列為空，則將就緒隊(duì)列的頭指針、尾指針均指向該進(jìn)程控制塊，進(jìn)程創(chuàng)建完成。進(jìn)程創(chuàng)建流程圖如圖2.2所示。多道程序設(shè)計的系統(tǒng)中，處于就緒態(tài)的進(jìn)程往往是多個，它們都要求占用處理器，可是單處理器系統(tǒng)的處理器只有一個，進(jìn)程調(diào)度就是解決這個處理器競爭問題的。進(jìn)程調(diào)度的任務(wù)就是按照某種算法從就緒進(jìn)程隊(duì)列中選擇一個進(jìn)程，讓它占有處理器。因此進(jìn)程調(diào)度程序就應(yīng)該包括兩部分，一部分是在進(jìn)程就緒隊(duì)列中選擇一個進(jìn)程，并將其進(jìn)程控制塊從進(jìn)程就緒隊(duì)列中摘下來，另一部分工作就是分配處理器給選中的進(jìn)程，也就是將指向正在運(yùn)行進(jìn)程的進(jìn)程控制塊指針指向該進(jìn)程的進(jìn)程控制塊，并將該進(jìn)程的進(jìn)程控制塊信息寫入處理器

9、的各個寄存器中。圖2.2 進(jìn)程創(chuàng)建流程圖實(shí)驗(yàn)中采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法讓就緒進(jìn)程按就緒的先后次序排成隊(duì)列，每次總是選擇就緒隊(duì)列中的第一個進(jìn)程占有處理器，但是規(guī)定只能使用一個“時間片”。時間片就是規(guī)定進(jìn)程一次使用處理器的最長時間。實(shí)驗(yàn)中采用每個進(jìn)程都使用相同的不變的時間片。采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的進(jìn)程調(diào)度流程圖如圖2.3所示。完成上述功能后，編寫主函數(shù)進(jìn)行測試：首先建立一個就緒隊(duì)列，手工輸入信息建立幾個進(jìn)程；然后進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度；最后將指向正在運(yùn)行進(jìn)程的指針指向的進(jìn)程控制塊的內(nèi)容輸出，察看結(jié)果。圖2.3 進(jìn)程調(diào)度流程圖5課外題編程實(shí)現(xiàn)采用優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法的進(jìn)程調(diào)度。我的實(shí)現(xiàn)代碼（C語

10、言）：#include #define N 10 /系統(tǒng)中所允許的最大進(jìn)程數(shù)量#define SLOT 5 /時間片大小/進(jìn)程狀態(tài)枚舉typedef enumRunning, /運(yùn)行狀態(tài)Aready, /就緒狀態(tài)Blocking /阻塞狀態(tài) ProStatus;/進(jìn)程控制塊typedef structint name; /進(jìn)程標(biāo)識符ProStatus status; /進(jìn)程狀態(tài)int ax,bx,cx,dx; /通用寄存器int pc; /程序計數(shù)器寄存器int psw; /程序狀態(tài)字寄存器int next; /指向下一個進(jìn)程的指針 PCB;/就緒隊(duì)列指針typedef structint h

11、ead; /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(tài)鏈表PCB pcbAreaN; /模擬PCB區(qū)域的數(shù)組int run; /運(yùn)行狀態(tài)程序的指針Ready ready; /就緒隊(duì)列指針int pfree; /空閑隊(duì)列的指針/初始化運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)程指針void InitRun()run=-1;/初始化就緒狀態(tài)隊(duì)列void InitReady()ready.head=ready.tail=-1;/初始化空閑隊(duì)列void InitFree()int temp;for(temp=0;tempN-1;temp+)pcb

12、Areatemp.next=temp+1;pcbAreatemp.next=-1;pfree=0;/就緒隊(duì)列出隊(duì)int PopReady() /返回結(jié)點(diǎn)在PCB區(qū)域數(shù)組的編號int temp;if(ready.head=-1)printf(就緒隊(duì)列為空，不能出隊(duì)。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(duì)列出隊(duì)int PopFree() /返回結(jié)點(diǎn)在PCB區(qū)域數(shù)組的編號int temp;if

13、(pfree=-1)printf(空閑隊(duì)列為空，不能出隊(duì)。n);return -1;temp=pfree;pfree=pcbAreatemp.next;pcbAreatemp.next=-1;return temp;/就緒隊(duì)列入隊(duì)void PushReady(int x) /x為入隊(duì)結(jié)點(diǎn)的編號int temp;if(ready.head=-1)ready.head=x;ready.tail=x;elsetemp=ready.tail;ready.tail=x;pcbAreaready.tail.next=-1;/創(chuàng)建PCBvoid CreatePCB(int x,PCB pcb) /x為要創(chuàng)建

14、PCB在PCB區(qū)域數(shù)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(chuàng)建進(jìn)程函數(shù)void Create(PCB pcb)int temp;if(pfree=-1)printf(空閑隊(duì)列為空，不能創(chuàng)建進(jìn)程。n);return;temp=PopFree();pcb.statu

15、s=Aready;CreatePCB(temp,pcb);PushReady(temp);/進(jìn)程調(diào)度函數(shù)void Schedule()int temp;if(ready.head=-1)printf(系統(tǒng)內(nèi)沒有進(jìn)程可以調(diào)度。);return;temp=PopReady();pcbAreatemp.status=Running;TIME=SLOT; /恢復(fù)CPU現(xiàn)場AX=pcbAreatemp.ax;BX=pcbAreatemp.bx;CX=pcbAreatemp.cx;DX=pcbAreatemp.dx;PC=pcbAreatemp.pc;PSW=pcbAreatemp.psw;run=tem

16、p; /將選中的進(jìn)程賦給運(yùn)行指針printf(當(dāng)前運(yùn)行的程序：n); /輸出調(diào)度結(jié)果printf(進(jìn)程號：%dn,pcbA);printf(進(jìn)程狀態(tài)：%dn,pcbArearun.status);printf(寄存器內(nèi)容：nAXtBXtCXtDXtPCtPSWn);printf(%dt%dt%dt%dt%dt%dn,pcbArearun.ax,pcbArearun.bx,pcbArearun.cx,pcbArearun.dx,pcbArearun.pc,pcbArearun.psw);void main()int temp;PCB tmp_pcb;printf(請輸入進(jìn)程號，以負(fù)數(shù)為結(jié)束（進(jìn)程號應(yīng)保持唯一）。nn按任意鍵進(jìn)入輸入模式：)