课程设计指导教师评定成绩表
姓名:黄进 学号:20085670
指导教师评定成绩:
指导教师签名:杨瑞龙 20##年 1月7日
课程设计指导教师评定成绩表
姓名:王博君 学号:20085680
指导教师评定成绩:
指导教师签名:杨瑞龙 20##年 1月7日
重庆大学本科学生课程设计任务书
正文目录
摘要及关键词......................................... 5
1 设计目的及内容..................................... 6
2 设计方案........................................... 6
3 程序功能模块设计................................... 6
4 程序总控流程图..................................... 8
5 数据结构设计....................................... 8
6 程序主要代码及解析.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .... .10
7 测试数据及测试结果................................. 14
7.1 主程序界面................................... 14
7.2 进程生成后界面................................ 15
7.3 开始模拟进程.................................. 15
8设计过程中遇到的问题及解决方法...................... 17
9设计总结........................................... 17
10 参考文献... ......................................... 18
摘要
现代计算机系统中,进程是资源分配和独立运行的基本单位,是操作系统的核心概念。因而,进程就成为理解操作系统如何实现系统管理的最基本,也是最重要的概念。
进程调度是进程管理过程的主要组成部分,是必然要发生的事件。在现代操作系统中,进程的并发机制在绝大多数时候,会产生不断变化的进程就绪队列和阻塞队列。处于执行态的进程无论是正常或非正常终止、或转换为阻塞状态,都会引发从就绪队列中,由进程调度选择一个进程进占CPU。进程调度的核心是进程调度算法.
在本课程设计中,用良好清晰的界面向用户展示了进程调度中的先来先服务算法,优先级(抢占式与非抢占式),时间片轮转法和多级反馈轮转法。在最终实现的成果中,用户可指定需要模拟的进程数,CPU时间片和进程的最大执行时间,并且选择需要演示的算法,界面将会动态的显示进程调度过程及各个队列的变化。同时,为了更加清晰直观的演示各个算法及各关键变量的变化,我们时时更新时间片,算法名称,当前进程信息,全局计时器以及进度条等。通过此进程调度模拟系统,用户可以对上述的四种算法有进一步以及直观的了解。
关键词:进程调度 先来先服务 优先级法 时间片轮转 多级反馈轮转
一. 设计目的及内容
1.1 设计目的
课程设计是学习完“操作系统原理”课程后进行的一次全面的综合训练,通过课程设计,更好地掌握操作系统的原理及实现方法,加深对操作系统基础理论和重要算法的理解,掌握进程调度的原理和方法,加强学生的动手能力。
1.2 设计内容
通过编程实现操作系统进程调度子系统的基本功能,其中,必须实现的调度算法有:先来先服务、时间片轮转、多级反馈轮转法、优先级等,在程序设计过程中,要求要有良好清晰的界面来观测进程调度的执行过程,在每个调度算法展示时,可以看到所有有关的队列结构和其中的内容,如就绪队列、阻塞队列等结构的动态变化的过程。
二. 设计方案
本次课程设计主要开发平台基于windows,我们使用C++并选择VS2010作为开发工具实现进程调度模拟的可视化,以本学期的四次实验作为可视化编程基础,深入学习VS2010的各种控件,使界面更加完善,实现先来先服务、时间片轮转、多级反馈轮转法、优先级(抢占式与非抢占式)这5个算法的可视化模拟调度,并在应用程序的结果分析中统计出5个算法的模拟时间,以比较各个算法的执行效率。
三.程序功能模块设计
图形界面:采用visual studio 2010软件,实现的界面如下:
图1 开始界面
应用程序共有四个主菜单:参数设置,调度算法,结果分析,使用说明。
·参数设置:点击弹出供用户设置模拟参数的新窗口
图2 参数设置界面
·调度算法
先来先服务:在就绪进程的队列中,从第一个开始执行下去,且进程开始执行后会一直执行完毕。
时间片轮转法:当正在执行的进程一个时间片用完后,按照先来先服务的原则在就绪进程队列中选取进程执行,正在执行的进程进入队尾。
多级反馈轮转:设置多个轮转队列,当一个进程在该队列时间片用完后,跳到下一个队列,继续执行。每个队列的时间片可以不同。
优先级算法:
非抢占式:在就绪进程队列中选取优先级最高的执行,相同优先级按照先来先服务原则进行选取,进程开始后不可被抢占。
抢占式:在就绪进程队列中选取优先级最高的执行,相同优先级按照先来先服务原则进行选取,进程开始后可被抢占。
·结果分析
根据每个算法的运行情况,统计结果,进行比较分析,便于分析调度算法的效率。
四.程序总控流程图
五.数据结构设计
5.1进程信息的数据结构
class process
{
protected:
int name; // 进程名,标识进程的ID
int spendtime; //进程已经执行的时间
int costtime; //进程占用时间片的时间
int needtime; //进程需要的总时间
int starttime; //进程进入的时间
int priority; //进程的优先级
};
5.2 各个队列的数据结构
class myqueue
{
protected:
queue<process> qp; //放进程的容器
int dotime; //时间片大小
int flag; //队列执行标识
public:
int getdotime(); // 取出时间片大小
void setdotime(int dotimeq);//设置时间片大小
void pop(); //弹出队列中的进程
process& gethead(); //得到队首进程
void push(process mpp);
void pass(myqueue &mqq); //队列之间的传递函数
int getflag();
void setflag(int fflag);
int isempty(); //判断当前队列是否为空
int getsize(); //得到当前队列的大小,即:包含的进程数
};
5.3主程序数据结构
主要操作类:
class dojob
{
public:
dojob(int dotime, int max, int big,int maxshow); //构造函数
void createprocess(int max,int big,int maxshow); //创建进程进程
void fun1(); //先来先服务算法函数
void fun2(); //时间片轮转算法函数
void fun3() //多级反馈轮转算法函数
void fun4(int nowtime); //非抢占式优先级函数
void fun5(int nowtime); ////抢占式优先级函数
void doprocess3(myqueue &qqnow,myqueue &qqnext,myqueue &qqfinish);
//多级反馈轮转的处理函数
void doprocess2(myqueue &qqfinish) //时间片轮转的处理函数
void FIFO(myqueue &qnow); //先来先服务的处理函数
void priority_do_another(int nowtime); //非抢占式优先级的处理函数
void priority_do(int nowtime); //抢占式优先级的处理函数
};
六.程序主要代码及解析
6.1各种调度算法的实现函数
(因篇幅有限,更多代码请参见程序源代码,此处不一一列举)
void dojob::FIFO(myqueue & qnow) //先来先服务函数
{
if (qnow.gethead().getneedtime() == 0)
//如果进程所需时间等于该进程所需总时间,则转入完成队列
{
qnow.pass(finishq);
}
else
{ qnow.gethead().setneedtime(qnow.gethead().getneedtime()-1);
qnow.gethead().setspendtime(qnow.gethead().getspendtime()+1);
}
}
void dojob::doprocess2(myqueue &qqfinish) //时间片轮转函数
{
if (!q1.isempty())
{
if(q1.gethead().getneedtime() == 0) //判断进程的剩余需要时间为0,
{
q1.pass(qqfinish);
return;
}
else
{
if (q1.gethead().getcosttime()>= q1.getdotime())
{ //若进程在队列中的执行时间超过时间片,则进入等待队列
q1.gethead().setcosttime(0);
q1.push(q1.gethead());
q1.pop();
return;
}
else
{ //进程执行
q1.gethead().setneedtime(q1.gethead().getneedtime()-1);
q1.gethead().setspendtime(q1.gethead().getspendtime()+1);
q1.gethead().setcosttime(q1.gethead().getcosttime()+1);
}
}
}
return;
}
void dojob::priority_do(int nowtime) //抢占式优先级函数
{
int temp=-1;
if(!IsVEmpty(vp))
{
for (int i=0;i<vp.size();i++)
//使temp的初值为v容器中第一个还未执行的进程
{
if(vp[i].finishornot==false)
{
temp=i;
break;
}
}
}
if(temp!=-1)
//如果temp不为-1,说明还有未执行完的进程,则选出优先级最高的执行
{
for (int i=0;i<vp.size();i++)
//通过此循环找到优先级最高且满足到达时间的进程
{ if (vp[i].finishornot==false&&vp[i].getpriority()>vp[temp].getpriority()&&vp[i].getstarttime()<=nowtime)
{
temp=i;
}
}
if (vp[temp].getneedtime()==0)
{
vp[temp].finishornot=true; //标明该进程已经执行完
finishq.push(vp[temp]); //将完成进程放至finishq
}
else
{
vp[temp].setspendtime(vp[temp].getspendtime()+1);
vp[temp].setneedtime(vp[temp].getneedtime()-1);
pNOW=temp;
}
}
}
6.2程序可视化实现中的主窗体函数
public ref class Form1 : public System::Windows::Forms::Form //Form1
{
public:
form2 data_form;
formresult result_form;
forminfor information_form
int flag;
Form1(void) //Form1的构造函数
{
InitializeComponent();
nowtime=0;
timer1->Interval = 1000;
}
Protected: //Form1的析构数
~Form1()
{
if (components)
{
delete components;
}
} //添加的主要组件声明
private: System::Windows::Forms::Button^ start;
protected:
private: System::Windows::Forms::Button^ stop;
private: System::Windows::Forms::Button^ go_on;
private: System::Windows::Forms::Button^ exit;
private: System::Windows::Forms::MenuStrip^ menuStrip1;
private: System::Windows::Forms::ToolStripMenuItem^ 参数设置ToolStripMenuItem;
private: System::Windows::Forms::ToolStripMenuItem^ 调度算法ToolStripMenuItem;
private: System::Windows::Forms::ToolStripMenuItem^ 先来先服务ToolStripMenuItem;
private: System::Windows::Forms::ToolStripMenuItem^ 时间片ToolStripMenuItem;
private: System::Windows::Forms::ToolStripMenuItem^ 多级反馈轮转ToolStripMenuItem;
private: System::Windows::Forms::ToolStripMenuItem^ 优先级ToolStripMenuItem;
private: System::Windows::Forms::StatusStrip^ statusStrip1;
private:System::Windows::Forms::ToolStripStatusLabel^ toolStripStatusLabel1;
private:System::Windows::Forms::ToolStripStatusLabel^ toolStripStatusLabel2;
private:System::Windows::Forms::ToolStripStatusLabel^ toolStripStatusLabel3;
private:System::Windows::Forms::ToolStripProgressBar^ toolStripProgressBar1;
private:System::Windows::Forms::ToolStripStatusLabel^ toolStripStatusLabel4;
private: System::Windows::Forms::ToolStripMenuItem^ 使用说明ToolStripMenuItem1;
private: System::Windows::Forms::TextBox^ queue_1;
private: System::Windows::Forms::TextBox^ queue_2;
private: System::Windows::Forms::TextBox^ queue_3;
private: System::Windows::Forms::Label^ label7;
private: System::Windows::Forms::Label^ label8;
private: System::Windows::Forms::Timer^ timer1;
七.测试数据及测试结果
7.1 主程序界面
图3 主界面图
弹出参数设置后的主界面,包括参数设置,调度算法,使用说明,结果分析四个主菜单。
7.2 进程生成后界面
图4 进程生成后界面(以时间片轮转为例)
(图中红色标记处为整个程序中时时变化的部分,在此标识使说明更直观)
可读出的信息如下表:
7.3 开始模拟进程
由于时间片轮转上面已作为例子进行说明,概不赘述,只贴出其余算法的模拟进程,如下所示。
图5 先来先服务的模拟截图
图6 多级反馈轮转的模拟截图
图7 优先级(以抢占式为例)的模拟截图
图8 结果分析:各种算法总周转时间比较
八.设计中遇到的问题及解决方法
8.1算法切换时的参数初始化问题
因为该程序要实现进程调度中几种主要算法的调度演示,并且进行比较。那么就需要在一组进程上,调用不同的算法,并比较结果。但是,当从一个算法转换到另一个算法时,涉及到一些关键变量的初始化问题,由于此次课程设计,是我们两个同学一起完成,在实现不同的代码时,用到一些各自的关键变量,这为程序的统一初始化带来了很大问题。在重新带代码检查多次后,找出这些关键变量,异种求同,并各自根据需要重新设置这些变量,调整算法的实现方法,最终,做到了几种算法的切换而不需要重启程序,也使得最后的结果分析有了其实际的分析价值。
8.2优先级调度算法是用和其他算法不同的数据结构带来的问题
由于优先级调度需选出优先级最高的进程来执行,而其余算法采用的队列的数据结构,无法遍历各个进程,就无法选出优先级最高的进程。这使得优先级算法要是用和其他三种算法不同的数据结构vector。但这位程序的可视化,统一显示带来的问题。因为传参时,数据类型有了变化。为了解决这一问题,新创建一个数据结构vector<process> vp,用进程容器vp记录下就绪队列,遍历各进程,选出优先级最高的首先运行。同时将vp中的标识变量和队列一一对应,将vector类型中所包含的特俗信息用标识变量传入队列。
九.设计总结
◆所用方法及知识
此次课程设计我们选择任务三——实现操作系统进程调度的模拟,并且实现动态可视化。在本学期,我们从第一个实验开始,就涉及到了可视化编程,平时的实验为我们这次课程设计打下了坚实的基础。我们采用我们较为熟悉的visual studio 2010进行用C++进行编程。
在这次课程设计的过程中,我们用到了很多以前学过的知识,比如说数据结构中的队列知识,C++里学到的编程方法及理念,主要包括创建新类,类的保护,容器vector等。
◆我们的创新
这次,我们所完成的应用程序能很好的完成所规定的先来先服务、时间片轮转、多级反馈轮转、优先级(抢占式与非抢占式)算法,并且我们的创新之处在于:
·实现了初始化,并且可以保存下第一次随机产生的代码序列,每个算法用同一个进程序列模拟,使模拟结果更加可比性。
·具有结果统计功能,每次模拟完,都将结果写入,点击结果统计菜单,就可查看模拟结果信息。
◆获得的进步
同时,我们也感受到了好的编程习惯在程序开发中的重要性。合作完成的东西必须具有很好的相容性,采用的数据结构和类等必须相同,所以我们在动手编程前,花了很多时间交流,初步完全构建好界面,商量好要实现的功能,确定完所需数据结构才着手正式编程。这样的步骤,是我们省下了很多将两人代码想结合时出现的错误修改时间,锻炼了我们的小组配合能力,我们的收获很大。
十.参考文献
[1]计算机操作系统教程 张尧学,史美林编著 清华大学出版社2006第3版
[2]Windows操作系统原理(重点大学计算机教材)尤晋元、史美林、陈向群等人编著 清华大学出版社 20##年8月第1版
[3]计算机操作系统实验指导,郁红英,李春强,清华大学出版社,20##年9 月第一版
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