按优先数调度算法实现处理器调度操作系统实验

### 实验概述 本次实验的主题是“按优先数调度算法实现处理器调度的操作系统实验”，旨在通过模拟单处理器环境下的处理器调度过程，使学生能够深入理解操作系统中处理器调度的基本原理与实现方法。 ### 实验目标 - 理解在多道程序设计的系统中，如何依据一定的策略来决定哪些进程可以优先占用处理器。 - 掌握按优先数调度算法的基本思想及其应用场景。 - 设计并实现一个基于优先数的调度算法，模拟处理器的调度过程。 - 分析不同优先数设置对进程调度的影响。 ### 实验原理 #### 进程控制块(PCB) - **进程名**：用于标识进程，例如P1、P2等。 - **指针**：用于将进程按优先数的顺序链接成队列。 - **要求运行时间**：进程所需的运行时间长度。 - **优先数**：决定了进程被调度的优先级，数值越大，优先级越高。 - **状态**：“就绪”或“结束”。 #### 实验流程 1. **初始化进程队列**： - 创建五个进程，每个进程具有不同的优先数和要求运行时间。 - 按照优先数从大到小排序，形成队列。 2. **调度算法实现**： - 每次从队首选择一个进程进行模拟运行。 - 模拟运行包括减少该进程的优先数和剩余运行时间。 - 如果进程的剩余运行时间为0，则修改其状态为“结束”，并从队列中移除；否则，根据新的优先数重新插入队列。 3. **循环处理**： - 直到所有进程的状态变为“结束”。 4. **结果显示**： - 显示或打印每次被选中的进程名以及进程队列的变化。 ### 算法流程图详解 1. **初始化阶段**： - 创建五个进程，并设定初始状态和参数。 - 将进程按照优先数从大到小排序，形成一个链表。 2. **调度阶段**： - 从链表头部选取优先数最高的进程。 - 减少该进程的优先数和剩余运行时间。 - 如果进程运行完毕（即剩余时间为0），将其状态改为“结束”，并从链表中删除。 - 如果进程未完成运行，则根据新的优先数重新排序，将其插入合适位置。 3. **终止条件**： - 当所有进程状态均为“结束”时，停止调度。 ### 数据结构与符号说明 - **struct pcb**：定义了进程控制块的数据结构。 - **ready**：指向就绪队列的头指针。 - **p**：用于操作进程中PCB的指针。 ### 源代码分析 #### 定义进程控制块 ```c struct pcb { char name[10]; // 进程名 struct pcb* next; // 指针 int requiredtime; // 要求运行时间 int prior; // 优先数 char state; // 状态 } *ready = NULL, *p; ``` #### 插入函数 ```c void Insert() { PCB *first, *second; int insert = 0; if ((ready == NULL) || ((p->prior) > (ready->prior))) { // 优先级最大者,插入队首 p->next = ready; ready = p; } else { // 比较进程的优先级,并将其插入到适当的位置中 first = ready; second = first->next; if ((p->prior) > (second->prior)) { // 若插入进程比当前进程优先数大则插入到当前进程前面 while (second != NULL) { p->next = second; first->next = p; ``` #### 程序扩展 为了进一步完善实验内容，可以考虑以下几个方面： 1. **动态优先数调整机制**：除了基本的每运行一次优先数减1外，还可以引入更复杂的优先数调整机制，比如根据进程的类型或重要性进行调整。 2. **多处理器支持**：模拟多处理器环境下的调度算法，探索多处理器环境下按优先数调度算法的表现。 3. **抢占式调度**：在原有基础上增加抢占机制，即高优先级的进程可以中断正在运行的低优先级进程，从而提高系统的响应速度和实时性能。 4. **公平性分析**：分析不同优先数设置对进程调度公平性的影响，评估算法在资源分配上的公平性和效率。 通过以上实验内容的设计与实施，不仅可以加深学生对操作系统中处理器调度机制的理解，还能培养其分析问题和解决问题的能力。