时间片轮转算法和优先级调度算法 C语言模拟实现

Posted 2023-05-02

程序在这个网页 http://blog.csdn.net/eaglewood2005/archive/2009/07/24/4377883.aspx
给个详细解释最好3000字 谢谢

一、目的和要求
进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求用高级语言编写模拟进程调度程序，以便加深理解有关进程控制快、进程队列等概念，并体会和了解优先数算法和时间片轮转算法的具体实施办法。
二、实验内容
1.设计进程控制块PCB的结构，通常应包括如下信息：
进程名、进程优先数（或轮转时间片数）、进程已占用的CPU时间、进程到完成还需要的时间、进程的状态、当前队列指针等。
2.编写两种调度算法程序：
优先数调度算法程序
循环轮转调度算法程序
3.按要求输出结果。
三、提示和说明
分别用两种调度算法对伍个进程进行调度。每个进程可有三种状态；执行状态（RUN）、就绪状态（READY,包括等待状态）和完成状态（FINISH），并假定初始状态为就绪状态。
（一）进程控制块结构如下：
NAME——进程标示符
PRIO/ROUND——进程优先数/进程每次轮转的时间片数（设为常数2）
CPUTIME——进程累计占用CPU的时间片数
NEEDTIME——进程到完成还需要的时间片数
STATE——进程状态
NEXT——链指针
注：
1.为了便于处理，程序中进程的的运行时间以时间片为单位进行计算；
2.各进程的优先数或轮转时间片数，以及进程运行时间片数的初值，均由用户在程序运行时给定。
（二）进程的就绪态和等待态均为链表结构，共有四个指针如下：
RUN——当前运行进程指针
READY——就需队列头指针
TAIL——就需队列尾指针
FINISH——完成队列头指针
（三）程序说明
1. 在优先数算法中，进程优先数的初值设为：
50-NEEDTIME
每执行一次，优先数减1，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。
在轮转法中，采用固定时间片单位（两个时间片为一个单位），进程每轮转一次，CPU时间片数加2，进程还需要的时间片数减2，并退出CPU，排到就绪队列尾，等待下一次调度。
2. 程序的模块结构提示如下：
整个程序可由主程序和如下7个过程组成：
（1）INSERT1——在优先数算法中，将尚未完成的PCB按优先数顺序插入到就绪队列中；
（2）INSERT2——在轮转法中，将执行了一个时间片单位（为2），但尚未完成的进程的PCB，插到就绪队列的队尾；
（3）FIRSTIN——调度就绪队列的第一个进程投入运行；
（4）PRINT——显示每执行一次后所有进程的状态及有关信息。
（5）CREATE——创建新进程，并将它的PCB插入就绪队列；
（6）PRISCH——按优先数算法调度进程；
（7）ROUNDSCH——按时间片轮转法调度进程。
主程序定义PCB结构和其他有关变量。
（四）运行和显示
程序开始运行后，首先提示：请用户选择算法，输入进程名和相应的NEEDTIME值。
每次显示结果均为如下5个字段：
name cputime needtime priority state
注：
1．在state字段中，"R"代表执行态，"W"代表就绪（等待）态，"F"代表完成态。
2．应先显示"R"态的，再显示"W"态的，再显示"F"态的。
3．在"W"态中，以优先数高低或轮转顺序排队；在"F"态中，以完成先后顺序排队。

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/*
操作系统实验之时间片轮转算法和优先级调度算法
By Visual C++ 6.0
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct node

char name[20]; /*进程的名字*/
int prio; /*进程的优先级*/
int round; /*分配CPU的时间片*/
int cputime; /*CPU执行时间*/
int needtime; /*进程执行所需要的时间*/
char state; /*进程的状态，W——就绪态，R——执行态，F——完成态*/
int count; /*记录执行的次数*/
struct node *next; /*链表指针*/
PCB;
PCB *ready=NULL,*run=NULL,*finish=NULL; /*定义三个队列，就绪队列，执行队列和完成队列*/
int num;
void GetFirst(); /*从就绪队列取得第一个节点*/
void Output(); /*输出队列信息*/
void InsertPrio(PCB *in); /*创建优先级队列，规定优先数越小，优先级越高*/
void InsertTime(PCB *in); /*时间片队列*/
void InsertFinish(PCB *in); /*时间片队列*/
void PrioCreate(); /*优先级输入函数*/
void TimeCreate(); /*时间片输入函数*/
void Priority(); /*按照优先级调度*/
void RoundRun(); /*时间片轮转调度*/
int main(void)

char chose;
printf("请输入要创建的进程数目:\n");
scanf("%d",&num);
getchar();
printf("输入进程的调度方法：(P/R)\n");
scanf("%c",&chose);
switch(chose)

case 'P':
case 'p':
PrioCreate();
Priority();
break;
case 'R':
case 'r':
TimeCreate();
RoundRun();
break;
default:break;

Output();
return 0;

void GetFirst() /*取得第一个就绪队列节点*/

run = ready;

if(ready!=NULL)

run ->state = 'R';
ready = ready ->next;
run ->next = NULL;


void Output() /*输出队列信息*/

PCB *p;
p = ready;
printf("进程名\t优先级\t轮数\tcpu时间\t需要时间\t进程状态\t计数器\n");
while(p!=NULL)

printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);
p = p->next;

p = finish;
while(p!=NULL)

printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);
p = p->next;

p = run;
while(p!=NULL)

printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count);
p = p->next;


void InsertPrio(PCB *in) /*创建优先级队列，规定优先数越小，优先级越低*/

PCB *fst,*nxt;
fst = nxt = ready;

if(ready == NULL) /*如果队列为空，则为第一个元素*/

in->next = ready;
ready = in;

else /*查到合适的位置进行插入*/

if(in ->prio >= fst ->prio) /*比第一个还要大，则插入到队头*/

in->next = ready;
ready = in;

else

while(fst->next != NULL) /*移动指针查找第一个别它小的元素的位置进行插入*/

nxt = fst;
fst = fst->next;


if(fst ->next == NULL) /*已经搜索到队尾，则其优先级数最小，将其插入到队尾即可*/

in ->next = fst ->next;
fst ->next = in;

else /*插入到队列中*/

nxt = in;
in ->next = fst;




void InsertTime(PCB *in) /*将进程插入到就绪队列尾部*/

PCB *fst;
fst = ready;

if(ready == NULL)

in->next = ready;
ready = in;

else

while(fst->next != NULL)

fst = fst->next;

in ->next = fst ->next;
fst ->next = in;


void InsertFinish(PCB *in) /*将进程插入到完成队列尾部*/

PCB *fst;
fst = finish;

if(finish == NULL)

in->next = finish;
finish = in;

else

while(fst->next != NULL)

fst = fst->next;

in ->next = fst ->next;
fst ->next = in;


void PrioCreate() /*优先级调度输入函数*/

PCB *tmp;
int i;

printf("输入进程名字和进程所需时间：\n");
for(i = 0;i < num; i++)

if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL)

perror("malloc");
exit(1);

scanf("%s",tmp->name);
getchar(); /*吸收回车符号*/
scanf("%d",&(tmp->needtime));
tmp ->cputime = 0;
tmp ->state ='W';
tmp ->prio = 50 - tmp->needtime; /*设置其优先级，需要的时间越多，优先级越低*/
tmp ->round = 0;
tmp ->count = 0;
InsertPrio(tmp); /*按照优先级从高到低，插入到就绪队列*/


void TimeCreate() /*时间片输入函数*/

PCB *tmp;
int i;

printf("输入进程名字和进程时间片所需时间：\n");
for(i = 0;i < num; i++)

if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL)

perror("malloc");
exit(1);

scanf("%s",tmp->name);
getchar();
scanf("%d",&(tmp->needtime));
tmp ->cputime = 0;
tmp ->state ='W';
tmp ->prio = 0;
tmp ->round = 2; /*假设每个进程所分配的时间片是2*/
tmp ->count = 0;
InsertTime(tmp);


void Priority() /*按照优先级调度，每次执行一个时间片*/

int flag = 1;

GetFirst();
while(run != NULL) /*当就绪队列不为空时，则调度进程如执行队列执行*/

Output(); /*输出每次调度过程中各个节点的状态*/
while(flag)

run->prio -= 3; /*优先级减去三*/
run->cputime++; /*CPU时间片加一*/
run->needtime--;/*进程执行完成的剩余时间减一*/
if(run->needtime == 0)/*如果进程执行完毕，将进程状态置为F，将其插入到完成队列*/

run ->state = 'F';
run->count++; /*进程执行的次数加一*/
InsertFinish(run);
flag = 0;

else /*将进程状态置为W，入就绪队列*/

run->state = 'W';
run->count++; /*进程执行的次数加一*/
InsertTime(run);
flag = 0;


flag = 1;
GetFirst(); /*继续取就绪队列队头进程进入执行队列*/


void RoundRun() /*时间片轮转调度算法*/


int flag = 1;

GetFirst();
while(run != NULL)

Output();
while(flag)

run->count++;
run->cputime++;
run->needtime--;
if(run->needtime == 0) /*进程执行完毕*/

run ->state = 'F';
InsertFinish(run);
flag = 0;

else if(run->count == run->round)/*时间片用完*/

run->state = 'W';
run->count = 0; /*计数器清零，为下次做准备*/
InsertTime(run);
flag = 0;


flag = 1;
GetFirst();
参考技术A 真不容易啊，怕是没人弄了!
优先级调度算法程序:
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
typedef struct node

char name[10]; /*进程标识符*/
int prio; /*进程优先数*/
int round; /*进程时间轮转时间片*/
int cputime; /*进程占用CPU时间*/
int needtime; /*进程到完成还要的时间*/
int count; /*计数器*/
char state; /*进程的状态*/
struct node *next; /*链指针*/
PCB;
PCB *finish,*ready,*tail,*run; /*队列指针*/
int N; /*进程数*/
/*将就绪队列中的第一个进程投入运行*/
firstin()

run=ready; /*就绪队列头指针赋值给运行头指针*/
run->state='R'; /*进程状态变为运行态*/
ready=ready->next; /*就绪对列头指针后移到下一进程*/

/*标题输出函数*/
void prt1(char a)

if(toupper(a)=='P') /*优先数法*/
printf(" name cputime needtime priority state\n");
else
printf(" name cputime needtime count round state\n");

/*进程PCB输出*/
void prt2(char a,PCB *q)

if(toupper(a)=='P') /*优先数法的输出*/
printf(" %-10s%-10d%-10d%-10d %c\n",q->name,
q->cputime,q->needtime,q->prio,q->state);
else/*轮转法的输出*/
printf(" %-10s%-10d%-10d%-10d%-10d %-c\n",q->name,
q->cputime,q->needtime,q->count,q->round,q->state);

/*输出函数*/
void prt(char algo)

PCB *p;
prt1(algo); /*输出标题*/
if(run!=NULL) /*如果运行指针不空*/
prt2(algo,run); /*输出当前正在运行的PCB*/
p=ready; /*输出就绪队列PCB*/
while(p!=NULL)

prt2(algo,p);
p=p->next;

p=finish; /*输出完成队列的PCB*/
while(p!=NULL)

prt2(algo,p);
p=p->next;

getch(); /*压任意键继续*/

/*优先数的插入算法*/
insert1(PCB *q)

PCB *p1,*s,*r;
int b;
s=q; /*待插入的PCB指针*/
p1=ready; /*就绪队列头指针*/
r=p1; /*r做p1的前驱指针*/
b=1;
while((p1!=NULL)&&b) /*根据优先数确定插入位置*/
if(p1->prio>=s->prio)

r=p1;
p1=p1->next;

else
b=0;
if(r!=p1) /*如果条件成立说明插入在r与p1之间*/

r->next=s;
s->next=p1;

else

s->next=p1; /*否则插入在就绪队列的头*/
ready=s;


/*轮转法插入函数*/
insert2(PCB *p2)

tail->next=p2; /*将新的PCB插入在当前就绪队列的尾*/
tail=p2;
p2->next=NULL;

/*优先数创建初始PCB信息*/
void create1(char alg)

PCB *p;
int i,time;
char na[10];
ready=NULL; /*就绪队列头指针*/
finish=NULL; /*完成队列头指针*/
run=NULL; /*运行队列指针*/
printf("Enter name and time of process\n"); /*输入进程标识和所需时间创建PCB*/
for(i=1;i<=N;i++)

p=malloc(sizeof(PCB));
scanf("%s",na);
scanf("%d",&time);
strcpy(p->name,na);
p->cputime=0;
p->needtime=time;
p->state='w';
p->prio=50-time;
if(ready!=NULL) /*就绪队列不空调用插入函数插入*/
insert1(p);
else

p->next=ready; /*创建就绪队列的第一个PCB*/
ready=p;


clrscr();
printf(" output of priority:\n");
printf("************************************************\n");
prt(alg); /*输出进程PCB信息*/
run=ready; /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/
ready=ready->next;
run->state='R';

/*轮转法创建进程PCB*/
void create2(char alg)

PCB *p;
int i,time;
char na[10];
ready=NULL;
finish=NULL;
run=NULL;
printf("Enter name and time of round process\n");
for(i=1;i<=N;i++)

p=malloc(sizeof(PCB));
scanf("%s",na);
scanf("%d",&time);
strcpy(p->name,na);
p->cputime=0;
p->needtime=time;
p->count=0; /*计数器*/
p->state='w';
p->round=2; /*时间片*/
if(ready!=NULL)
insert2(p);
else

p->next=ready;
ready=p;
tail=p;


clrscr();
printf(" output of round\n");
printf("************************************************\n");
prt(alg); /*输出进程PCB信息*/
run=ready; /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/
ready=ready->next;
run->state='R';

/*优先数调度算法*/
priority(char alg)

while(run!=NULL) /*当运行队列不空时，有进程正在运行*/

run->cputime=run->cputime+1;
run->needtime=run->needtime-1;
run->prio=run->prio-3; /*每运行一次优先数降低3个单位*/
if(run->needtime==0) /*如所需时间为0将其插入完成队列*/

run->next=finish;
finish=run;
run->state='F'; /*置状态为完成态*/
run=NULL; /*运行队列头指针为空*/
if(ready!=NULL) /*如就绪队列不空*/
firstin(); /*将就绪对列的第一个进程投入运行*/

else /*没有运行完同时优先数不是最大，则将其变为就绪态插入到就绪队列*/
if((ready!=NULL)&&(run->prio<ready->prio))

run->state='W';
insert1(run);
firstin(); /*将就绪队列的第一个进程投入运行*/

prt(alg); /*输出进程PCB信息*/


/*时间片轮转法*/
roundrun(char alg)

while(run!=NULL)

run->cputime=run->cputime+1;
run->needtime=run->needtime-1;
run->count=run->count+1;
if(run->needtime==0)/*运行完将其变为完成态，插入完成队列*/

run->next=finish;
finish=run;
run->state='F';
run=NULL;
if(ready!=NULL)
firstin(); /*就绪对列不空，将第一个进程投入运行*/

else
if(run->count==run->round) /*如果时间片到*/

run->count=0; /*计数器置0*/
if(ready!=NULL) /*如就绪队列不空*/

run->state='W'; /*将进程插入到就绪队列中等待轮转*/
insert2(run);
firstin(); /*将就绪对列的第一个进程投入运行*/


prt(alg); /*输出进程信息*/


/*主函数*/
main()

char algo; /*算法标记*/
clrscr();
printf("type the algorithm:P/R(priority/roundrobin)\n");
scanf("%c",&algo); /*输入字符确定算法*/
printf("Enter process number\n");
scanf("%d",&N); /*输入进程数*/
if(algo=='P'||algo=='p')

create1(algo); /*优先数法*/
priority(algo);

else
if(algo=='R'||algo=='r')

create2(algo); /*轮转法*/
roundrun(algo);

参考技术B 你给的链接里 那些解释还不够详细吗？

时间片轮转（RR）优先级调度算法以及多级反馈队列调度算法

一、调度算法

（一）时间片轮转（RR, Round-Robin）

• 例题：各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间如下表所示。使用时间片轮转调度算法，分析时间片大小分别是2、5时的进程运行情况。
• 常用于分时操作系统，更注重“响应时间”，因而此处不计算周转时间

1. 时间片大小为2

2. 时间片大小为5

• 如果时间片太大，使得每个进程都可以在一个时间片内就完成，则时间片轮转调度算法退化为先来先服务调度算法，并且会增大进程响应时间。因此时间片不能太大。
• 另一方面，进程调度、切换是有时间代价的（保存、恢复运行环境），因此如果时间片太小，会导致进程切换过于频繁，系统会花大量的时间来处理进程切换，从而导致实际用于进程执行的时间比例减少。可见时间片也不能太少
  

（二）优先级调度算法

1. 非抢占式优先级调度算法

• 例题：各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间、进程优先数如下表所示。使用非抢占式的优先级调度算法，分析进程运行情况。（注：优先数越大，优先级越高）
  
• 例题：各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间、进程优先数如下表所示。使用抢占式的优先级调度算法，分析进程运行情况。（注：优先数越大，优先级越高）

2. 抢占式优先级调度算法

• 例题：各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间、进程优先数如下表所示。使用抢占式的优先级调度算法，分析进程运行情况。（注：优先数越大，优先级越高）
  
• 就绪队列未必只有一个，可以按照不同优先级来组织。另外，也可以把优先级高的进程排在更靠近队头的位置。
• 根据优先级是否可以动态改变，可将优先级分为静态优先级和动态优先级两种。
  ①、 静态优先级 ：创建进程时确定，之后一直不变。
  ②、 动态优先级 ：创建进程时有一个初始值，之后会根据情况动态地调整优先级。
• I/O设备和CPU可以并行工作。如果优先让I/O繁忙型进程优先运行的话，则越有可能让I/O设备尽早地投入工作，则资源利用率、系统吞吐量都会得到提升
  
  

（三）思考

• FCFS算法的优点是公平。
• SJF 算法的优点是能尽快处理完短作业，平均等待/周转时间等参数很优秀。
• 时间片轮转调度算法可以让各个进程得到及时的响应。
• 优先级调度算法可以灵活地调整各种进程被服务的机会。
• 能否对其他算法做个折中权衡？得到一个综合表现优秀平衡的算法呢？【多级反馈队列调度算法】

（四）多级反馈队列

• 例题：各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间如下表所示。使用多级反馈队列调度算法，分析进程运行的过程。
• 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

• 注：比起早期的批处理操作系统来说，由于计算机造价大幅降低，因此之后出现的交互式操作系统（包括分时操作系统、实时操作系统等）更注重系统的响应时间、公平性、平衡性等指标。而这几种算法恰好也能较好地满足交互式系统的需求。因此这三种算法适合用于交互式系统。（比如UNIX使用的就是多级反馈队列调度算法）