操作系統(tǒng)通用處理器調(diào)度演示程序課程設計總結報告

1、題目：通用處理器調(diào)度演示實驗專業(yè)：軟件工程班級：軟件3班、軟件4班姓名：朱文吉吉、黃強學號：202126010306、202126010421設計時間：2021/6/26-2021/7/7一、課程設計目的操作系統(tǒng)課程設計是軟件工程專業(yè)的主要實踐性教學環(huán)節(jié).在進行了專業(yè)根底課和?操作系統(tǒng)?課程的學習根底上,設計或分析一個實際的操作系統(tǒng)旨在加深對計算機硬件結構和系統(tǒng)軟件的熟悉,初步掌握操作系統(tǒng)組成模塊和應用接口的使用方法,提升進行工程設計和系統(tǒng)分析的水平,為畢業(yè)設計和以后的工程實踐打下良好的根底.二、課程設計內(nèi)容與要求2.1 設計目的在多道程序和多任務系統(tǒng)中,系統(tǒng)內(nèi)同時處于就緒狀態(tài)的進程可能有假設

2、干個,也就是能運行的進程數(shù)大于處理機個數(shù),為了使系統(tǒng)中的進程有條不紊地工作,必須選用某種調(diào)度策略,在一定的時機選擇一個進程占有處理機.要求學生設計一個模擬處理機調(diào)度算法,以穩(wěn)固和加深處理機調(diào)度的概念.2.2 設計要求多道、單處理機1進程調(diào)度算法包括：時間片輪轉(zhuǎn)算法、先來先效勞算法、短作業(yè)優(yōu)先算法、靜態(tài)優(yōu)先權優(yōu)先調(diào)度算法、高響應比調(diào)度算法.2每一個進程有一個PCB,其內(nèi)容可以根據(jù)具體情況設定.3進程數(shù)、進入內(nèi)存時間、要求效勞時間、作業(yè)大小、優(yōu)先級等均可以在界面上設定.4可讀取樣例數(shù)據(jù)要求存放在外部文件中進行進程數(shù)、進入內(nèi)存時間、時間片長度、作業(yè)大小、進程優(yōu)先級的初始化.5可以在運行中顯示各進程的

3、狀態(tài)：就緒、執(zhí)行由于不要求設置互斥資源與進程間同步關系,故只有兩種狀態(tài).6采用可視化界面,可在進程調(diào)度過程中隨時暫停調(diào)度,查看當前進程的狀態(tài)以及相應的阻塞隊列.7有能比擬的功能,可比擬同一組數(shù)據(jù)在不同調(diào)度算法下的平均周轉(zhuǎn)時間.8具有一定的數(shù)據(jù)容錯性.三、功能模擬系統(tǒng)分析與設計3.1 系統(tǒng)分析本課程設計的目的就是模擬一種通用處理器的五種調(diào)度算法來實現(xiàn)進程調(diào)度的過程,加深對進程調(diào)度的理解,輸出采用采用可視化界面,可在進程調(diào)度過程中隨時暫停調(diào)度,查看當前進程的狀態(tài)以及相應的阻塞隊列,進程限制塊PCB是這個程序設計的核心,PCB包含了到達時間,運行時間,優(yōu)先級等關鍵數(shù)據(jù),要求可以用五種調(diào)度算法演示,我

4、們可以用策略模式把五個算法打包通過一個接口連接CPU,實現(xiàn)算法和CPU的別離,算法有5五種,分別實現(xiàn)不同的調(diào)度演示時間片輪轉(zhuǎn)算法、先來先效勞算法、短作業(yè)優(yōu)先算法、靜態(tài)優(yōu)先權優(yōu)先調(diào)度算法、高響應比調(diào)度算法我們采用MVC模型-視圖-限制器的設計方法,輸入方式的采用界面直接輸入和文件讀取輸入兩種方法,視圖主要展示進程的進程名、到達時間、運行時間、優(yōu)先級、時間片、響應時間、結束時間、周轉(zhuǎn)時間,表示方法我們采用Jav豳形界面輸出,動態(tài)演示調(diào)度算法的實現(xiàn)過程,以加深對操作系統(tǒng)進程調(diào)度的理解.3.2 系統(tǒng)設計3.2.1 設計思想就先教心地場修整區(qū)一指示同孑優(yōu)雷迸程的戰(zhàn)甌'其他工EbJ送貨化翱庫的蒼耳

5、丙容圖3-1進程限制塊PCB1、每個進程有一個進程限制塊PCB表示.進程限制塊可以包含如下信息：進程名、優(yōu)先級數(shù)、到達時間、需要運行時間等等.2、進程的信息,包括到達時間,優(yōu)先數(shù)及需要的運行時間等都是事先人為地指定.3、每個進程的狀態(tài)可以是就緒WWait運行RRun、或完成FFinish三種狀態(tài)之一.3.2.2 算法分析一先來先效勞調(diào)度算法FCFS:FirstComeFirstServe總是把當前處于就緒隊列之首的那個進程調(diào)度到運行狀態(tài).也就說,它只考慮進程進入就緒隊列的先后,而不考慮它的下一個CPU周期的長短及其他因素.FCFS算法簡單易行,但性能卻不大好.二最短短作業(yè)進程優(yōu)先調(diào)度算法SJF

6、：ShortestJobFirst.稱為“短進程優(yōu)先"SPNShortestProcessNext;這是對FCFS算法的改良,其目標是減少平均周轉(zhuǎn)時間.三高優(yōu)先權優(yōu)先調(diào)度算法HPF：HighestPriorityFirst.多級隊列算法的改良,平衡各進程對響應時間的要求.適用于作業(yè)調(diào)度和進程調(diào)度,可分成搶先式和非搶先式.四最高響應比優(yōu)先調(diào)度算法HRN：HighestResponseRatioNext最高響應比優(yōu)先法HRN,HighestResponse_ratioNex恥對FCFS方式和SJF方式的一種綜合平衡.FCFS方式只考慮每個作業(yè)的等待時間而未考慮執(zhí)行時間的長短,而SJF方式

7、只考慮執(zhí)行時間而未考慮等待時間的長短.因此,這兩種調(diào)度算法在某些極端情況下會帶來某些不便.HRN調(diào)度策略同時考慮每個作業(yè)的等待時間長短和估計需要的執(zhí)行時間長短,從中選出響應比最高的作業(yè)投入執(zhí)行.五基于時間片的輪調(diào)度算法RR.將系統(tǒng)中所有的就緒進程根據(jù)FCFS原那么,排成一個隊列.每次調(diào)度時將CPU分派給隊首進程,讓其執(zhí)行一個時間片.時間片的長度從幾個ms到幾百ms.在一個時間片結束時,發(fā)生時鐘中斷.調(diào)度程序據(jù)此暫停當前進程的執(zhí)行,將其送到就緒隊列的末尾,并通過上下文切換執(zhí)行當前的隊首進程.進程可以未使用完一個時問片,就出讓CPU如阻塞.3.2.3 模塊設計1輸入模塊能夠滿足輸入進程根本信息的功

8、能,盡可能提供友好的交互界面.給用戶很好的提示,使用戶能夠方便的操作.可讀取樣例數(shù)據(jù)要求存放在外部文件中進行進程數(shù)、進入內(nèi)存時間、時間片長度、作業(yè)大小、進程優(yōu)先級的初始化.2算法模塊可以根據(jù)需求選擇五種算法中的一種運行：一先來先效勞調(diào)度算法FCFS:FirstComeFirstServa1 .根本思想：按作業(yè)進程到達時間先后順序依次使用CPU.2 .適用于作業(yè)/進程調(diào)度.3 .非搶占調(diào)度方式.4 .優(yōu)缺點.優(yōu)點：實現(xiàn)簡單.缺點：未考慮進程的優(yōu)先級或緊急性,不利于短作業(yè)進程的運行,利于CPU繁忙型作業(yè),而不利于I/O繁忙型作業(yè).很少單獨使用,常與其他算法結合使用輔助算法.二短作業(yè)進程優(yōu)先調(diào)度算法

9、SJF：ShortestJobFirst1 .根本思想：選擇就緒后備隊列中估計運行時間最短的進程作業(yè)投入運行.2 .適用于作業(yè)/進程調(diào)度.3 .非搶占調(diào)度方式一一最短剩余時間優(yōu)先算法或搶占調(diào)度方式.4 .優(yōu)缺點.優(yōu)點：有效縮短作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時間,從而提升系統(tǒng)吞吐量.缺點：不利于長作業(yè)和緊迫作業(yè)的運行無法滿足公平性,估計有主觀性三高優(yōu)先權優(yōu)先調(diào)度算法HPF：HighestPriorityFirst.引入：為照顧緊迫型作業(yè)優(yōu)先處理,急事急辦,重要事先辦.1 .根本思想：選擇優(yōu)先級最高的進程或作業(yè)投入運行.2 .適用于作業(yè)/進程調(diào)度.3 .調(diào)度方式.非搶占調(diào)度方式一一批處理系統(tǒng)：等你打完我再打.搶占

10、調(diào)度方式一一實時系統(tǒng)：不等你打完 ,搶過話筒就打4 .優(yōu)先權優(yōu)先級：即優(yōu)先數(shù),是由系統(tǒng)或用戶按某種原那么指定的,一般用整數(shù)表示.1靜態(tài)優(yōu)先權幺定終身是在創(chuàng)立進程/作業(yè)時確定的,且在整個運行期間保持不變.優(yōu)先級確實定依據(jù)：用戶要求、進程/作業(yè)類型、對資源的要求不同系統(tǒng)有不同確實定原那么,及表求方法.優(yōu)點：簡單易行,系統(tǒng)開銷小.缺點：不夠精確,可能出現(xiàn)某些低優(yōu)先級的進程永不能被執(zhí)行.2動態(tài)優(yōu)先權是在創(chuàng)立進程/作業(yè)時賦予的優(yōu)先級,可隨著進程的推進而改變.決定/動態(tài)改變因素：等待時間、已使用處理機的時間、其他資源的使用情況等.特點：可預防低優(yōu)先級的進程/作業(yè)長時間得不到調(diào)度.四最高響應比優(yōu)先調(diào)度算法H

11、RN：HighestResponseRatioNext引入：實際上是一種動態(tài)優(yōu)先權調(diào)度算法.1 .響應比R=響應時間/要求效勞時間=等待時間+運行時間/運行時間=1+等待時間/運行時間2 .根本思想：同時兼顧每個作業(yè)等待時間和運行時間兩方面因素,選擇響應比最高的作業(yè)/進程投入運行.3,優(yōu)缺點.優(yōu)點：利于短作業(yè),利于長作業(yè).缺點：系統(tǒng)開銷大.五基于時間片的輪調(diào)度算法RR1 .根本思想：輪轉(zhuǎn)法RoundRobin是讓每個進程在就緒隊列中的等待時間與享受效勞的時間成正比例.2 .時間片大小確實定：固定時間片可變時間片系統(tǒng)響應時間正比就緒進程個數(shù)反比CPU水平進程切換時間q時間片t那么q/t不大于某個

12、值3 .時間片t大小的選擇影響：太大,M>FCFS;太小,那么系統(tǒng)開銷增大頻繁切換.t=R/NmaxR為響應時間,Nmax允許的最大就緒數(shù).3)輸出模塊根據(jù)選擇的調(diào)度算法輸出進程的響應時間,結束時間,周轉(zhuǎn)時間,平均周轉(zhuǎn)時問,采用可視化界面,可在進程調(diào)度過程中隨時暫停調(diào)度,查看當前進程的狀態(tài)以及相應的阻塞隊列.3.2.4 數(shù)據(jù)結構說明ADT說明：ADTADT-Name(Data:/數(shù)據(jù)說明數(shù)據(jù)元素之間邏輯關系的描述Operations:/腴作說明Operationl:/臊作1,它通?？捎肅或C十十的函數(shù)原型來描述Input:對輸入數(shù)據(jù)的說明Preconditions執(zhí)行本操作前系統(tǒng)應滿足的

13、狀態(tài)/可看作初始條件Process對數(shù)據(jù)執(zhí)行的操作Output對返回數(shù)據(jù)的說明Postconditions執(zhí)行本操作后系統(tǒng)的狀態(tài)/"系統(tǒng)可看作某個數(shù)據(jù)結構Operation2:/臊作2/ADT程序類圖:圖3-3程序類圖3.2.5 算法流程圖處理器調(diào)度程序活動圖：在采用多道程序設計的系統(tǒng)中,往往有假設干個進程同時處于就緒狀態(tài).當就緒狀態(tài)進程個數(shù)大于處理器數(shù)時,就必須依照某種策略來決定哪些進程優(yōu)先占用處理器.本實驗模擬在單處理器情況下處理器調(diào)度,幫助學生加深了解處理器調(diào)度的工作.圖3-4處理器調(diào)度程序活動圖1.先來先效勞：調(diào)度算法(FCFS:FirstComeFirstServe'

14、;圖3-5先到先效勞算法活動圖2 .短作業(yè)進程優(yōu)先調(diào)度算法SJF：ShortestJobFirst圖3-6最短作業(yè)優(yōu)先算法活動圖3 .高優(yōu)先權優(yōu)先調(diào)度算法HPF：HighestPriorityFirst圖3-7優(yōu)先調(diào)度算法活動圖4.最高響應比優(yōu)先調(diào)度算法HRN:HighestResponseRatioNext圖3-8最高響應比調(diào)度算法活動圖5.基于時間片的輪調(diào)度算法RR.圖3-9時間片輪轉(zhuǎn)法算法活動圖四、系統(tǒng)測試與調(diào)試分析4.1 系統(tǒng)測試4.1.1 輸入模塊(1)實現(xiàn)在界面上直接手動輸入.(2)實現(xiàn)在文件中直接讀取.4.1.2 算法模塊實現(xiàn)可以在界面上選擇需要的算法(時間片輪轉(zhuǎn)算法、先來先效勞

15、算法、短作業(yè)優(yōu)先算法、靜態(tài)優(yōu)先權優(yōu)先調(diào)度算法、高響應比調(diào)度算法)運行.4.1.3 輸出模塊可以根據(jù)選擇的算法,得到正確的輸出結果4.2 測試用例表4-1測試用例表進程名到達時間運行時間優(yōu)先級時間片P11°553P21113P31433P4I?333P542234.3 測試結果4.3.1 先到先效勞算法圖4-1先到先效勞算法測試結果4.3.2 最短作業(yè)優(yōu)先算法圖4-2最短作業(yè)優(yōu)先算法測試結果4.3.3靜態(tài)優(yōu)先級算法圖4-3優(yōu)先級算法測試結果4.3.4最高響應比算法圖4-4最高響應比算法測試結果圖4-5時間片輪轉(zhuǎn)法測試結果4.4手動運算結果比照4.4.1 靜態(tài)優(yōu)先級P1p3p4p5p27

16、101519204.4.2 先來先效勞P1,p2p3p4p5078111620P14.4.3 最短作業(yè)優(yōu)先p2p3p5.p4781115204.4.4 最高響應比4.4.5時間片算法P1p2p3P4plp5p4plp50347101316181920圖4-6手動計算截圖1圖4-7手動計算截圖24.5測試表4-2測試表測試說測試名稱通用處理器調(diào)度演示實驗測試目的驗證程序?qū)τ谀M處理器調(diào)度算法的處理流程明測試技術單元測試測試方法黑盒測試法測試內(nèi)容讀取數(shù)據(jù)-程序運行-輸出結果測試用例測試步驟輸入讀取數(shù)據(jù)文件的路徑名分別選擇不同的調(diào)度算法運行輸出結果測試數(shù)據(jù)src/data.txt時間片輪轉(zhuǎn)算法、先來

17、先效勞算法、短作業(yè)優(yōu)先算法、靜態(tài)優(yōu)先權優(yōu)先調(diào)度算法、高響應比調(diào)度算法進程名行時間片P10到達時間運優(yōu)先級時間753P21113P31343P42533P54423預期結果正常讀入數(shù)據(jù)算法正常運行輸出響應時間、結束時間、平均周轉(zhuǎn)時間測試結果與預期相符與預期相符與預期相符4.6調(diào)試分析在我們組程序功能已經(jīng)根本實現(xiàn)并且正常的情況之后,現(xiàn)在主要完成數(shù)據(jù)的測試,在測試過程中,主要針對老師給的數(shù)據(jù),我先手動的分別對五種算法算出答案,再分別讀入程序運行,與手動算出的結果進行反復比照,在測試中我們發(fā)現(xiàn)了時間片輪轉(zhuǎn)法的算法有點小小的問題,與預期的結果不符合,在進行了反復調(diào)試之后得到了正確的結果,程序正確.五、用

18、戶手冊1.導入文件包.云二翼,：IL；',-7盛直t&fl?圖4-8讀入程序包2 .運行讀入數(shù)據(jù)手動輸入或者文件讀取圖4-9讀入數(shù)據(jù)3 .選擇調(diào)度算法點擊Start開始運行,可以點擊pause來暫停,點擊甘特圖可以查看進程甘特圖逗程號遞入內(nèi)行時間當前優(yōu)秀筑響應時間結算時間a1075.02plpl1.03FT34.04252.05442.06345.07563.0g2140g146.010346.011321.0123450I時初總輪轉(zhuǎn)Istartpaiisg11甘相肉時間竟：1時間片輪轉(zhuǎn)先來光雕帶運行就錯三帝ri高響應比場理優(yōu)先靜叁優(yōu)先鎰圖4-10算法選擇4 .輸出結果圖4-1

19、1結果輸出六、程序清單FCFS.javapackagelabl;importjava.util.Vector;publicclassFCFSextendsDispatchMethodOverridepublicPCBgetNext(Vector<PCB>q)/TODOAuto-generatedmethodstubPCBp;p=q.remove(0);elsep=null;returnp;)Overridepublicinthandle(PCBp,Vector<PCB>q)/TODOAuto-generatedmethodstubinttime=p.getServeTi

20、me();tryThreadsleep(time*1000);Systemout.println("sleepfor"+time);catch(InterruptedExceptione)/TODOAuto-generatedcatchblocke.printStackTrace();p.setTime(p.getEnterTime(),0,p.getPriority();returntime;SJF.javapackagelab1;importjava.util.Vector;publicclassSJFextendsDispatchMethodOverridepubli

21、cPCBgetNext(Vector<PCB>q)/TODOAuto-generatedmethodstubif(q.size()=0)returnnull;intmin=0;for(inti=0;i<q.size();i+)if(q.get(i).getServeTime()<q.get(min).getServeTime()min=i;PCBtemp=q.remove(min);returntemp;Overridepublicinthandle(PCBp,Vector<PCB>q)/TODOAuto-generatedmethodstubinttime

22、=p.getServeTime();tryThreadsleep(time*1000);catch(InterruptedExceptione)/TODOAuto-generatedcatchblocke.printStackTrace();p.setTime(p.getEnterTime(),0,p.getPriority();returntime;StaticPriority.javapackagelabl;importjava.util.Vector;publicclasStaticPrioAtyextendsDispatchMethodOverridepublicPCBgetNext(

23、Vector<PCB>q)/TODOAuto-generatedmethodstubPCBp;if(q.size()=0)p=null;elsWintmax=0;for(inti=0;i<q.size();i+)if(q.get(i).getPriority()>q.get(max).getPriority()max=i;)Systemout.println("max:"+max);p=q.get(max);q.remove(max);)returnp;Overridepublicinthandle(PCBp,Vector<PCB>q)/

24、TODOAuto-generatedmethodstubinttime=p.getServeTime();tryThreadsleep(time*1000);catch(InterruptedExceptione)/TODOAuto-generatedcatchblocke.printStackTrace();p.setTime(p.getEnterTime(),0,p.getPriority();returntime;HRRF.javapackagelab1;importjava.util.Vector;publicclassHRRFextendsDispatchMethodpublicvo

25、idcalculate(Vector<PCB>q)for(inti=0;i<q.size();i+)PCBtemp=q.get(i);temp.setPriority(this.getTime()-temp.getEnterTime()+0.0)/temp.getServeTime()+1);Systemout.println("time:"+this.getTime()+"calculatepriority:"+(double)(this.getTime()-temp.getEnterTime()+0.0)/temp.getServe

26、Time()+1);temp.refresh();OverridepublicPCBgetNext(Vector<PCB>q)calculate(q);/TODOAuto-generatedmethodstubif(q.size()=0)returnnull;intmax=0;for(inti=0;i<q.size();i+)if(q.get(i).getPriority()>q.get(max).getPriority()max=i;PCBtemp=q.get(max);q.remove(max);returntemp;Overridepublicinthandle(

27、PCBp,Vector<PCB>q)/TODOAuto-generatedmethodstubinttime=p.getServeTime();tryThreadsleep(time*1000);catch(InterruptedExceptione)/TODOAuto-generatedcatchblocke.printStackTrace();p.setTime(p.getEnterTime(),0,p.getPriority();returntime;Timeslicepackagelab1;importjava.util.Vector;publicclassTimeSlic

28、eextendsDispatchMethodintslice=1;publicTimeSlice()this.needConfig=true;voidsetSlice(intslice)this.slice=slice;OverridepublicPCBgetNext(Vector<PCB>q)/TODOAuto-generatedmethodstubPCBp;p=q.remove(0);elsep=null;returnp;)publicvoidsetConfig(Objecto)this.slice=(MainUI)o).getSlice();)Overridepublicin

29、thandle(PCBp,Vector<PCB>q)/TODOAuto-generatedmethodstubtryThread.sleep(slice);catch(InterruptedExceptione)/TODOAuto-generatedcatchblocke.printStackTrace();if(p.getServeTime()-slice>0)tryThreadsleep(slice*1000);catch(InterruptedExceptione)/TODOAuto-generatedcatchblocke.printStackTrace();p.se

30、tTime(p.getEnterTime(),p.getServeTime()slice,p.getPriority();q.addElement(p);returnslice;)elsWtry(Threadsleep(p.getServeTime()*1000);catch(InterruptedExceptione)/TODOAuto-generatedcatchblocke.printStackTrace();inttime=p.getServeTime();p.setTime(p.getEnterTime(),0,p.getPriority();returntime;七、體會與自我評價在這次課程設計中,黃強主要負責文檔的編寫,和講解PPT的制作,包括前期的設計文檔和PPT,后期的總結報告,還有就是系統(tǒng)的測試工作,朱文吉吉負責系統(tǒng)的設計和代碼的實現(xiàn)局部,在深入地進行程序的設計和,編寫工作,我對這個學期中學習的設計模式有了新的熟悉,在本次的程序設計當中,我們應用了MVC