实验一、进程创建、调度与撤消

实验一、进程创建、调度与撤消

一、目的

通过进程的创建和调度的设计来达到如下目的：

  1. 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别；
  2. 进一步认识并发执行的概念，区别顺序执行和并发执行；
  3. 深入了解系统如何组织进程，创建进程；
  4. 进一步认识如何实现处理机调度。

二、内容

        在WINDOWS环境下模拟实验：

  1. 编写一程序，来模拟进程的创建和撤消，要求通过终端键盘输入几个作业的名称、大小、优先级等。系统为它创建进程，并把进程控制块PCB（进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、程序大小、已用CPU时间、进程状态等等）的内容送到终端显示器上输出。
  2. 同时模拟内存空间为作业分配内存空间，并把结果用图形形象地表示出来，同样通过终端输出。
  3. 从下面四个调度算法中，选择一个调度算法来实现进程调度：

        a、先来先服务调度算法；

        b、短进程优先调度算法；

        c、优先数调度算法；

        d、时间片轮法调度算法；

三、详细设计

该模拟系统主要，主要使用结构体存储PCB的基本信息和就绪队列链队LinkQueue，写了6个关键的函数，具体实现如下：

 ---PCB结构体、就绪队列LinkQueue（采用链队的存储方式）如下：

（1）//控制块PCB的信息
struct PCB
{
    char name[10];
    int id;
    int atime; //进程到达时间
    int stime; //服务时间，运行时间
    int ftime; //进程完成时间
    int size;
    int prior; //进程优先级
};

//使用链队进行存储

（2）//就绪队列
typedef struct Tnode *T; // struct Tnode的别名为*T
struct Tnode
{
    int data; //?什么数据/存储当前创建的进程数
    T next;   //指向就绪队列的下一位置
};

（3）//消息缓冲队列
struct Linkqueue
{
    T front, rear; //头指针和尾指针分别指向就绪队列的头部和尾部
};
 

 

---主要函数如下：

（1）InitQueue()：初始化就绪队列,主要将指向就绪队列的头指针和尾指针初始化，方便后面进程的创建。

（2）EnterQueue() ——将PCB插入到链队L中。

（3）create_PCB()——创建进程，首先申请一个空的PCB，然后为该进程分配空间资源，然后初始化PCB，填入进程参数，最后通过调用EnterQueue（）函数将该PCB插入到就绪链队L中。若内存不够则申请失败。

（4）sort_FCFS() ——采用先来先服务算法对就绪队列进行排序，遍历pcb，如果当前进程比后一个进程的到达时间长，就交换。

（5）Finish_Time()——计算经过sort_FCFS排序后的每个PCB进程的完成时间。

（6）kill_PCB( )——终止进程，将指定的就绪进程移出就绪队列中，并清除PCB中的信息。

（7）display_PCB() —— 显示已经在就绪队列中的进程。

四、源代码

详细源代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// #define MAX_size 200 //表示最大内存
#define MAX_num 20 //单次最大进程数//控制块PCB的信息
struct PCB
{char name[10];int id;int atime; //进程到达时间int stime; //服务时间，运行时间int ftime; //进程完成时间int size;int prior; //进程优先级
};//使用链队进行存储//就绪队列
typedef struct Tnode *T; // struct Tnode的别名为*T
struct Tnode
{int data; //?什么数据/存储当前创建的进程数T next;   //指向就绪队列的下一位置
};//消息缓冲队列
struct Linkqueue
{T front, rear; //头指针和尾指针分别指向就绪队列的头部和尾部
};//定义全局变量
Linkqueue L;      //消息缓冲队列结构体
PCB pcb[MAX_num]; //结构体PCB数组，MAX_num最大进程数
int numpcb = 0;   /当前已经创建的进程数目
int ram_size;     //内存大小//就绪队列的初始化
void InitQueue()
{L.rear = L.front = (T)malloc(sizeof(T));if (!L.front)exit(-2);L.front->next = NULL;
}//判断链队是否为空
bool EmptyQueue()
{if (L.front == L.rear)return true;elsereturn false;
}//（2）将PCB插入就绪队列中
void EnterQueue(Linkqueue &L, int x)
{T s = (T)malloc(sizeof(T)); //创建一个新结点ss->data = x;                //传入新结点s的数据域x值，此时x的值就是结构体数组的下标s->next = NULL;             //设置新结点s的指针域为空L.rear->next = s;           //将新结点s插入至当前链队末尾L.rear = s;                 //队尾指针指向新结点s
}//（3）先来先服务，即 先到达，先服务 进行排序
void sort_FCFS(PCB *q, int num)
{for (int i = 0; i < num - 1; i++){struct PCB temp;                  //临时变量，用于交换的中间量for (int j = i + 1; j < num; j++) //按先到达的排序{if (q[i].atime > q[j].atime)//如果前面的PCB比后面的更晚到达，就往后移{temp = q[i];q[i] = q[j];q[j] = temp;}}}
}//（3）优先数调度算法排序(1为优先级最高)
void sort_Priority(PCB *q, int num)
{for (int i = 0; i < num - 1; i++){struct PCB temp;                  //临时变量，用于交换的中间量for (int j = i + 1; j < num; j++) //按先到达的排序{if (q[i].prior > q[j].prior)//如果前面的PCB比后面的更晚到达，就往后移{temp = q[i];q[i] = q[j];q[j] = temp;}if (q[i].prior == q[j].prior){if (q[i].atime > q[j].atime){temp = q[i];q[i] = q[j];q[j] = temp;}}}}
}//（4）计算PCB的完成时间
void finish_Time(PCB *pcb, int numpcb)
{//先使用先来先服务进行排序// sort_FCFS(pcb, numpcb);//优先级调度算法sort_Priority(pcb, numpcb);for (int i = 0; i <= numpcb; i++){//计算第一个进程的完成时间:达到时间+服务时间if (i == 0)pcb[0].ftime = pcb[0].atime + pcb[0].stime;else{if (pcb[i].atime > pcb[i - 1].ftime) //当前的到达时间比上一个的完成时间大的话，直接pcb[i].ftime = pcb[i].atime + pcb[i].stime;else{pcb[i].ftime = pcb[i - 1].ftime + pcb[i].stime;// printf("%d", pcb[i].ftime);}}// ram_size=ram_size+pcb[i].size;}
}//（1）创建进程：申请PCB
void create_PCB()
{int num; //要创建的进程数目printf("\n--请输入要创建的进程数目：");scanf("%d", &num);while (num > MAX_num){printf("*提示：进程数太大了，请重新输入！");scanf("%d", &num);};// 1、输入数据for (int i = 0; i < num; i++){printf("*请输入进程id：");scanf("%d", &pcb[numpcb].id);printf("*请输入进程名：");scanf("%s", &pcb[numpcb].name);printf("请输入进程的优先级：");scanf("%d", &pcb[numpcb].prior);printf("*请输入进程到达时间：");scanf("%d", &pcb[numpcb].atime);printf("*请输入进程服务时间：");scanf("%d", &pcb[numpcb].stime);printf("*请输入进程大小：");scanf("%d", &pcb[numpcb].size);//判断一下内存还够不够if (pcb[numpcb].size > ram_size){printf("*提示：内存不足，创建失败！\n");//结束创建break;}else{//将PCB插入到就绪队列中EnterQueue(L, numpcb);//提示用户printf("-----%d\n", pcb[numpcb].size);ram_size = ram_size - pcb[numpcb].size; //创建成功后，为该进程分配了空间，计算剩下的内存空间printf("剩下内存%d\n", ram_size);printf("*提示：恭喜%s进程创建成功！\n", pcb[numpcb].name);numpcb++; //创建成功后，进程数加一printf("_____________________________");}printf("\n");}printf("\n---共成功创建了%d个进程", numpcb);printf("\n---还剩下%d的内存空间！", ram_size);
}//（6）终止进程，删除进程
void kill_PCB()
{int id;T p;p = L.front; //指向链队的第一个结点if (L.front == L.rear)printf("*提示：当前无进程！\n\n");else{printf("请输入要终止的进程id：");scanf("%d", &id);while (pcb[p->next->data].id != id){if (p->next == NULL) //到最后没有找到改进程printf("*提示：进程不存在！\n\n");p = p->next; //往后移动}//找到了idif (pcb[p->next->data].id == id){//归还内存ram_size = ram_size + pcb[p->next->data].size;numpcb--;                //总的进程数-1p->next = p->next->next; //删除该结点p->next/*当L.front->next==NULL时，说明当前杀死的进程是系统中最后一个进程，此时首位指针指向同一个位置*/if (L.front->next == NULL)L.front = L.rear;/*当p->next==NULL时，说明当前杀死的进程是队尾进程，此时尾指针指向p*/if (p->next == NULL)L.rear = p;while (p->next != NULL){p->next->data--;pcb[p->next->data] = pcb[p->next->data + 1];p = p->next;}}printf("*提示：成功杀死进程！\n");printf("--当前内存剩余：%d！\n", ram_size);printf("--当前进程数为：%d\n", numpcb);}
}void print(PCB *pcb, int numpcb)
{sort_FCFS(pcb, numpcb);for (int i = 0; i < numpcb; i++){printf("-----第%d个：\n", i + 1);printf("进程ID:%d\n 进程名: %s\n 到达时间: %d\n 服务时间: %d\n 完成时间:%d\n", pcb[i].id, pcb[i].name, pcb[i].atime, pcb[i].stime, pcb[i].ftime);}
}//（5）显示已经就绪的进程
void display_PCB()
{printf("\n当前numpcb：%d\n", numpcb);sort_FCFS(pcb, numpcb);// print(pcb, numpcb);// printf("计算时间\n");finish_Time(pcb, numpcb); //计算完成时间if (L.front == L.rear)printf("*提示：当前无进程！");else{T p;p = L.front->next;printf("-----就绪进程如下：------\n");printf("进程ID  进程名  优先级  到达时间 服务时间 完成时间 内存大小\n");while (p != NULL){printf("%5d\t", pcb[p->data].id);printf("%4s\t", pcb[p->data].name);printf("%4d\t", pcb[p->data].prior);printf("%5d\t", pcb[p->data].atime);printf("%5d\t", pcb[p->data].stime);printf("%5d\t", pcb[p->data].ftime);printf("%5d\t", pcb[p->data].size);p = p->next;printf("\n");}}
}//菜单
void menu()
{int n;while (1){printf("\n*************进程演示系统*************\n");printf("             1.创建进程\n");printf("             2.查看进程\n");printf("             3.杀死进程\n");printf("             4.退出程序\n");printf("***************************************\n\n");printf("请输入你的选择（1-4）：");scanf("%d", &n);switch (n){case 1:create_PCB();break;case 2:display_PCB();break;case 3:kill_PCB();break;case 4://退出break;default:printf("没有这个选项！");break;}}
}int main()
{printf("\n请输入可用的内存大小：");scanf("%d", &ram_size);InitQueue(); //初始化就绪队列menu();return 0;
}

 

五、运行效果图

（1）界面初始图

 

（2）创建进程：

 

（3）显示已经在就绪队列中的进程（按照先来先服务进行排序输出）：

 

（4）终止某进程

 

六、结果分析

        此次实验采用c语言模拟进程的创建与撤销，一方面，回忆和复习了原先学习过的链队的创建、插入、遍历等知识点，另一方面，通过写代码更加清楚的理解了PCB进程的创建的基本过程：（1）申请空白PCB；（2）为新进程分配资源；（3）初始化PCB；（4）将新进程插入到就绪队列中。

        本次实验还采用了先来先服务算法对PCB进程排序之后，再计算出每个PCB进程的完成时间，加深了对先来先服务进程的理解。

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