模拟进程调度功能的设计与实现操作系统课程设计（JAVA版本）

模拟进程调度功能的设计与实现操作系统课程设计（JAVA版本）

操作系统课程设计

--进程调度⼦系统模拟实现

⼀、设计内容及意义

1.课程设计内容

使⽤java语⾔或C++语⾔编程实现模拟操作系统进程调度⼦系统的基本

功能；实现先来先服务、时间⽚轮转、多级反馈轮转法对进程进⾏的调

度过程；掌握各个调度算法的特点。

2.该课程设计意义

理解进程调度的概念

深⼊了解进程控制块的功能、进程的创建、删除以及进程各个状态间的转换过程

从实⽤的⾓度对《数据结构》课程内容进⾏更深⼊理解和更熟练的应⽤

进⼀步练习对Java及C++语⾔的熟练使⽤

⼆、设计⽅案

1.硬件环境

PC⼀台

2.开发语⾔及⼯具

操作系统：MSwindowsXP

C++版：VisualStudio2008+MFC

Java版：Eclipse3.4+JavaSwing

3.设计思路

系统设备表⽤于存取调度过程中进程可申请的资源

进程控制块主要负责具体进程信息的保存

等待队列、就绪队列、完成队列⽤于保存执⾏过程的状态信息

进程调度进程（类、线程）在就绪队列与等待队列之间进⾏调度

主界⾯显⽰调度过程的三个队列的状态信息

⽤户创建进程放⼊就绪队列等待调度

三、功能模块设计

1.进程状态转换

2.PCB信息

主要负责保存各进程基本信息

提供外部状态设置和读取接⼝

3.系统设备类

系统设备的基本信息

设备状态设置、读取接⼝

4.调度类

向就绪队列添加新创建进程

从就绪队列取相应进程执⾏

将执⾏阻塞进程放⼊等待队列

检测系统设备表，分配、释放设备、唤醒等待进程

执⾏完成程序放⼊完成队列（仅为保存状态，⾮系统部分）

提供获取执⾏状态的外部接⼝，即各个队列数据的获取

5.视图类

提供⽤户操作接⼝（调度策略选择、进程创建）

显⽰各队列状态信息

创建进程调度类线程，调⽤调度类的接⼝

四、程序总控流程图

1.⽤户接⼝、调度算法、进程状态转换关系⽰意

系统总体设计

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2.调度算法基本⼯作流程⽰意

页⾯

1

进程调度框架

五、数据结构设计

1.PCB（进程基本信息）

类结构

说明

1.pid进程ID

2.pName进程名

/doc/63393269b84ae45c3b358c30.htmlerName进程⽤户

4.priority进程优先级

5.subtime进程提交时间

6.totalTime进程需要执⾏的总时间

7.runtime进程已经运⾏时间

8.dcReqlst当前进程所需要的设备请求表

2.Dispatcher（进程调度进程）

类结构

说明

1.sysTime系统时间

2.isContention当前调度是否为抢占⽅式

3.prelst就绪队列

4.waitlst等待队列

5.finishlst完成队列

6.executing正在执⾏的进程

7.sysDclst系统设备表

3.Device（系统设备）

说明

1.dcid设备标识

2.dcType设备类型

3.dcTime该设备⼀次I/O服务需要时间

4.dcPid使⽤该设备的进程

5.dcDisc设备描述

6.dcLefTime设备剩余服务时间

六、程序代码结构

1.类层次关系

2.详细说明

Dispatcher定义进程调度进程的基本信息和接⼝

FIFODispatcher、PLevelDispatcher、RRDispatcher、MRDispatcher分别实现相应的调度算法

Device为系统设备

DeviceReq为进程设备请求，包括请求设备ID和时间

七、代码实现分析

1.算法分析（各算法过程见下流程图）

设备的分配释放

先来先服务

优先级调度

时间⽚轮转

多级反馈轮转

设备分配释放

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先进先出进程调度算法

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优先级进程调度算法（抢占式）

页1

时间⽚轮转调度算法

页1

多级反馈轮转调度算法（抢占式）

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2.具体实现（代码部分有详细注释）

进程的插⼊

@Override

publicvoidaddPreProc(Processproc){

//按优先级加到就绪队列

this.prelst.add(proc);

intloc;

for(loc=prelst.size()-2;loc>=0;loc--){

//⽐proc⼤的元素后移⼀个位置

Processtemp=prelst.get(loc);

if(proc.Priority

prelst.set(loc+1,temp);

}

else{//将proc放⼊空闲位置

prelst.set(loc+1,proc);

break;

}

}

if(loc<0){

prelst.set(0,proc);

}

}

取出进程

@Override

publicProcessdelPreProc(){

//取优先级最⾼者，即为第⼀个

if(prelst.size()<=0){

returnnull;

}

returnthis.prelst.remove(0);//返回最⼩⼀个}

先进先出算法的调度

@Override

publicvoidrun(inttime){

intproctimeslice=1;//假设处理器指令周期为1个时钟周期

while(time>0){//处理机运⾏time时间

if(this.executing==null){//没有进程占⽤处理机则空转

this.executing=this.delPreProc();

}

else{//执⾏当前进程

Processproc=this.executing;

//下⼀次执⾏需要的设备

DcRequestreq=proc.getNextReq();

if(req!=null&&req.getReqtime()<=proc.runtime){

//进程需要请求设备，⽽且执⾏到请求时间

this.addWaitProc(proc);

this.executing=this.delPreProc();

}else{//⽆资源请求

proc.run(proctimeslice);

if(proc.isFinished()){

//当前进程是已完成进程，放⼊完成队列,取下⼀进程

proc.setFinishTime(

Dispatcher.getBeginTime()

+Dispatcher.getRunTime());

//设置当前执⾏结束时间

this.addFinishProc(proc);

this.executing=this.delPreProc();

}

}

}

cessWaitlst(proctimeslice);

++Dispatcher.runTime;

--time;

}

}

优先级抢占算法的调度

@Override

publicvoidrun(inttime,booleanisContention){

if(!isContention){//⾮抢占⽅式

this.run(time);

return;

}

intproctimeslice=1;//假设处理器时钟周期

while(time>0){//处理机运⾏time时间

if(this.executing==null){//没有进程占⽤处理机则空转

this.executing=this.delPreProc();

}

else{//执⾏当前进程

Processproc=this.executing;

//下⼀次执⾏需要的设备

DcRequestreq=proc.getNextReq();

if(req!=null&&req.getReqtime()<=proc.runtime){

//进程需要请求设备，⽽且执⾏到请求时间

//放⼊等待队列,取下⼀进程

this.addWaitProc(proc);

this.executing=this.delPreProc();

}else{//⽆资源请求

proc.run(proctimeslice);

if(proc.isFinished()){

//当前进程是已完成进程，放⼊完成队列,取下⼀进程

proc.setFinishTime(//设置当前执⾏结束时间

Dispatcher.getBeginTime()+

Dispatcher.getRunTime());

this.addFinishProc(proc);

this.executing=this.delPreProc();

}

}

if(!this.prelst.isEmpty()){//抢占

Processpreproc=this.prelst.get(0);

if(this.executing.Priority>

preproc.Priority){//按优先级抢占

this.addPreProc(this.executing);

this.executing=this.delPreProc();

}

}

}

cessWaitlst(proctimeslice);

++Dispatcher.runTime;

--time;

}

}

时间⽚轮转

@Override

publicvoidrun(inttime){

intproctimeslice=1;//假设处理器时钟周期

while(time>0){//处理机运⾏time时间

if(this.executing==null){//没有进程占⽤处理机则空转

this.executing=this.delPreProc();

}

else{//执⾏当前进程

Processproc=this.executing;

//下⼀次执⾏需要的设备

DcRequestreq=proc.getNextReq();

if(req!=null&&req.getReqtime()<=proc.runtime){

//进程需要请求设备，⽽且执⾏到请求时间

//放⼊等待队列,取下⼀进程

this.addWaitProc(proc);

this.executing=this.delPreProc();

}else{//⽆资源请求

proc.run(proctimeslice);

if(proc.isFinished()){

//当前进程是已完成进程，放⼊完成队列,取下⼀进程

proc.setFinishTime(//设置当前执⾏结束时间

Dispatcher.getBeginTime()+

Dispatcher.getRunTime());

this.addFinishProc(proc);

this.executing=this.delPreProc();

}else{

//如果当前时间⽚没有执⾏完，则从就绪队列头移到队列尾部

this.addPreProc(this.executing);

//当前执⾏进程放⼊就绪队列

this.executing=this.delPreProc();

//从就绪队列取下⼀个进程占⽤cpu

}

}

}

cessWaitlst(proctimeslice);

++Dispatcher.runTime;

--time;

}

}

多级反馈轮转抢占⽅式

@Override

publicvoidrun(inttime,booleanisContention){

intproctimeslice=1;//假设处理器时钟周期

while(true){

--time;

if(this.executing==null){//没有进程占⽤处理机则空转

this.executing=this.delPreProc();

if(this.executing!=null){//每调度⼀次重新计算时间⽚

time=this.executing.getPriority()*3+1;

}

break;

}

else{//执⾏当前进程

Processproc=this.executing;

//下⼀次执⾏需要的设备

DcRequestreq=proc.getNextReq();

if(req!=null&&

req.getReqtime()<=proc.runtime){

//进程需要请求设备，⽽且执⾏到请求时间

//TODO放⼊等待队列,取下⼀进程

this.addWaitProc(proc);

this.executing=this.delPreProc();

break;//时间⽚未完，设备请求，重新调度

}else{//⽆资源请求

proc.run(proctimeslice);

if(proc.isFinished()){

//当前进程是已完成进程，放⼊完成队列,取下⼀进程

proc.setFinishTime(//设置当前执⾏结束时间

Dispatcher.getBeginTime()+

Dispatcher.getRunTime());

this.addFinishProc(proc);

this.executing=this.delPreProc();

break;//时间⽚