常用的作业调度算法(操作系统)

梦里梦外; 2022-12-23 09:40 264阅读 0赞

1.  先来先服务  
    先来先服务(FCFS: first come first service)总是把当前处于就绪队列之首的那个进程调度到运行状态。也就说，它只考虑进程进入就绪队列的先后，而不考虑它的下一个CPU周期的长短及其他因素。FCFS算法简单易行，是一种非抢占式策略。  
    2.短进程优先调度  
    最短进程优先算法是一种非剥夺式算法，总是选取预计作业时间最短的作业优先运行；最短剩余时间优先算法是非剥夺式的，但可以改造成剥夺式的调度算法，称抢占式最短作业优先算法。  
    至于二者的平均周转时间，比如有四个进程P1，P2，P3，P4，分别在0,1,2,3时刻到达，所需时间分别为7,5,3,8；那么其平均周转时间为（（15-0）+（9-1）+（5-2）+（23-15））/4=8.5；  
    公式：  
    完成时间 = 开始时间 + 需要运行时间  
    周转时间 = 完成时间 - 到达时间  
    带权周转时间 = 周转时间 / 需要运行时间  
    3.时间片轮转算法  
    时间片轮转法（Round-Robin，RR）主要用于分时系统中的进程调度。为了实现轮转调度，系统把所有就绪进程按先入先出的原则排成一个队列。新来的进程加到就绪队列末尾。每当执行进程调度时，进程调度程序总是选出就绪队列的队首进程，让它在CPU上运行一个时间片的时间。时间片是一个小的时间单位，通常为10~100ms数量级。当进程用完分给它的时间片后，系统的计时器发出时钟中断，调度程序便停止该进程的运行，把它放入就绪队列的末尾；然后，把CPU分给就绪队列的队首进程，同样也让它运行一个时间片，如此往复。  
    以下为上面三个算法的代码：(先来先服务和最短进程调度都为进程随机获得)

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <time.h>
    #include <windows.h>
    //进程控制块(PCB)
    struct PCB
    { 
     char name;
     int arrivetime;
     int servetime;
     int finishtime;
     float roundtime;
     float daiquantime;
     int sc;    //sign completion标志是否完成
     int st1;  //剩余服务时间
    };
    struct PCB a[50];
    struct PCB b[50];
    char *jczt[] = {  "运行", "就绪" };//*表示没有字符串的大小限制
    //打印统计信息
    void tjxx(int n)
    { 
     float averoundtime = 0.0f;
     float avedaiquantime = 0.0f;
     printf("按任意键查看统计信息");
     getchar(); getchar();
     printf("\n\n进程名称\t到达时间\t服务时间\t完成时间\t周转时间\t带权周转时间");
     for (int j = 0; j < n; j++)
     { 
    printf("\n %c\t\t%4d\t\t%4d\t\t%d\t\t%4.f\t\t %.2f\n", a[j].name, a[j].arrivetime, a[j].servetime, a[j].finishtime, a[j].roundtime, a[j].daiquantime);
       averoundtime += a[j].roundtime;
       avedaiquantime += a[j].daiquantime;
     }
     printf("\n平均周转时间:%.2f", averoundtime / n);
     printf("\n\n平均带权周转时间:%.2f\n", avedaiquantime / n);
    }
    
    //先来先服务
    void fcfs(int n)
    { 
    int time = 0; //定义当前时刻
    int processnum = 0; //定义当前进程指向
    struct PCB t; //定义一个空的结构体节点
    int processztsy = 0; //定义进程状态索引
    while (1)
    { 	printf("当前时刻：%2d\n", time);
    	//排序
    	for (int i = 1; i < n; i++)
    	{  for (int j = 0; j < n - i; j++)
    		{  if (a[j].arrivetime > a[j+1].arrivetime)//先到先运行
    			{  t = a[j];
    			  a[j] = a[j+1];
    			  a[j+1] = t;
    			}
    			if (a[j].arrivetime == a[j + 1].arrivetime)//进程同时到
    			{  if (a[j].servetime > a[j + 1].servetime)//比较服务时间,将运行时间短的放在优先级高的位置
    				{  t = a[j];
    				  a[j] = a[j + 1];
    				  a[j + 1] = t;
    				}
    			}
    		}
    	}
    	for (int k = 0; k< n; k++)
    	{  if (time == a[k].arrivetime && a[k].arrivetime != 0)
    		{  if (k >= 1 && time >= a[k - 1].finishtime || k == 0)
    			processztsy = 0;
    		  else
    			processztsy = 1;
    		  printf("\t\t进程 %c 到达\t进程状态\n", a[k].name);
    		  printf("\n\t\t\t\t %s\n\n", jczt[processztsy]);
    		  if (processnum >= 1)
    			{ 
    				a[k].finishtime = a[k-1].finishtime + a[k].servetime;
    				a[k].roundtime =(float)(a[k].finishtime - a[k].arrivetime);
    				a[k].daiquantime = a[k].roundtime / a[k].servetime;
    			}
    			if (processnum == 0)
    			{ 
    				a[k].finishtime = a[k].arrivetime + a[k].servetime;
    				a[k].roundtime =(float)(a[k].finishtime-a[k].arrivetime);
    				a[k].daiquantime = a[k].roundtime / a[k].servetime;
    				printf("\t\t\t进程 %c 开始\n\n", a[processnum].name);
    				processnum++;
    			}
    		}
    		if (time == a[k].finishtime && a[k].finishtime != 0)
    		   printf("\t\t\t进程 %c 完成\n\n", a[k].name);
    		if ((k >= 1 && time >= a[k].arrivetime && time == a[k - 1].finishtime && a[k].arrivetime != 0))
    		   printf("\t\t\t进程 %c 开始\n\n", a[k].name);
    	}
    	if (time > a[n-1].finishtime && a[n-1].finishtime != 0)
    	{ 
    		printf("\t\t\t所有进程已进程已加载完毕！\n\n");
    		break;
    	}
    	time++;
    	Sleep(1000);
    }
    tjxx(n);
    }
    
    //短进程有先算法
    void spf(int n)
    { 
    struct PCB t;
    int time = 0;//定义当前时刻
    int jcnum = 0;
    int jcztsy = 0;
    bool ztgb = false;
    //排序
    for (int i = 1; i < n; i++)
    {  for (int j = 0; j < n-i; j++)
    	{  if (a[j].arrivetime > a[j+1].arrivetime)//先到达的优先级高
    		{ 	t=a[j];
    			a[j] = a[j+1];
    			a[j+1] = t;
    		}
    	}
    }
    while (1)
    {  printf("当前时刻：%d\n", time);
    	//遍历数组，注意同时达到的进程，所以采用for循环遍历
      for (int k = 0; k< n; k++)
    	{ 		//是否有进程的到达时间等于当前时刻
    		if (time == a[k].arrivetime && a[k].arrivetime != 0)
    		{ 	//判断到达进程因该处于什么状态
    			if (k >= 1 && time >= a[k - 1].finishtime || k == 0)
    			   jcztsy = 0;
    			else
    			   jcztsy = 1;
    			printf("\t\t进程 %c 到达\t进程状态\n\n\n\n", a[k].name);
    		}
    	}
    	if (jcnum == 0)
    	{ 		//遍历数组
    		for (int i = jcnum; i < n; i++)
    		{ 	//把当前到达的进程筛选出来
    			if (time >= a[i].arrivetime)
    			{ 	//从挑选出来的进程中选取服务时间最短的一个
    				if (a[i].servetime < a[jcnum].servetime)
    				{  	t = a[jcnum];
    					a[jcnum] = a[i];
    					a[i] = t;
    				}
    				ztgb = true;
    			}
    		}
    		if (ztgb == true)
    		{ 	printf("\t\t\t进程 %c 开始\n\n\n\n", a[jcnum].name);
    			a[jcnum].finishtime = a[jcnum].arrivetime + a[jcnum].servetime;
    			a[jcnum].roundtime =(float)(a[jcnum].finishtime - a[jcnum].arrivetime);
    			a[jcnum].daiquantime = a[jcnum].roundtime / a[jcnum].servetime;
    			ztgb = false;
    			jcnum++;
    		}
    	}
    	if (time == a[jcnum - 1].finishtime && a[jcnum - 1].finishtime != 0)
    	{ 	printf("\t\t\t进程 %c 完成\n\n\n\n", a[jcnum - 1].name);
    		//遍历数组
    		for (int i = jcnum; i < n; i++)
    		{ 	//把当前到达的进程筛选出来
    			if (time >= a[i].arrivetime)
    			{ 	//从挑选出来的进程中选取服务时间最短的一个
    				if (a[i].servetime < a[jcnum].servetime)
    				{ 	t = a[jcnum];
    					a[jcnum] = a[i];
    					a[i] = t;
    				}
    				ztgb = true;
    			}
    		}
    		if (ztgb == true || jcnum == n-1)
    		{ 
    			printf("\t\t\t进程 %c 开始\n\n\n\n", a[jcnum].name);
    			a[jcnum].finishtime = a[jcnum - 1].finishtime + a[jcnum].servetime;
    			a[jcnum].roundtime =(float)(a[jcnum].finishtime - a[jcnum].arrivetime);
    			a[jcnum].daiquantime = a[jcnum].roundtime / a[jcnum].servetime;
    			ztgb = false;
    			jcnum++;
    		}
    	}
    	if (time > a[n - 1].finishtime && a[n - 1].finishtime != 0)
    	{ 
    		printf("\t\t\t所有进程已加载完毕！ \n\n\n\n");
    		break;
    	}
    	time++;
    	Sleep(1000);
    }
    tjxx(n);
    }
    
    //时间片轮转算法
    void rr(int n)
    {         struct PCB t;
             int i,j,T;
             printf("\n请输入时间片：\n");
             scanf("%d",&T);
             for(i=0;i<n;i++)      //收集进程信息
             { 
                       a[i].sc=0;
                       printf("\n%d:\n请依次输入进程的信息\n请输入进程名:",i+1);
                       scanf("%s",&a[i].name);
                       printf("请输入到达时间:");
                       scanf("%d",&a[i].arrivetime);
                       printf("请输入服务时间:");
                       scanf("%d",&a[i].servetime);
                       a[i].st1=a[i].servetime;
             }
     		 for(i=0;i<n;i++)
    			 for(j=i+1;j<n;j++)   //按照各进程到达时间升序，对进程排序 注意：稳定的排序
    			 { 
                       if(a[j].arrivetime<a[i].arrivetime)
                       { 
                               t=a[j];
                               a[j]=a[i];
                               a[i]=t;
                       }
    			 }
             for(i=0;i<n;i++)
                printf("***排序后的***%12c%15d%11d%11d：\n",a[i].name,a[i].arrivetime,a[i].servetime,a[i].st1);
             int time1=a[0].arrivetime;      //当前时间的初值
             int flag=1;
             int sum=0;                                              //记录完成的进程数
    		 int z=1;   //记录第几次调度进程
             printf("\n第几次调度进程 运行的进程名 开始运行时间 运行时间 剩余服务时间 结束时间\n");
             while(sum<n)
             { 
              flag=0;           //标志就绪队列中是否还有进程
              for(i=0;i<n;i++)    //时间片轮转法执行各进程
              {  if(a[i].sc==1)continue;  //已完成的进程
                else
    			{   if(a[i].st1<=T && time1>=a[i].arrivetime)//未完成的进程但是还需服务的时间少于等于一个时间片
                     {  flag=1;
                       time1=time1+a[i].st1;
                       a[i].sc=1;
                       a[i].finishtime=time1;
                       printf("%8d%12c%15d%11d%11d%11d\n",z++,a[i].name,time1-a[i].st1,a[i].st1,0,time1);
                       a[i].st1=0;
                      }
                   else if( a[i].st1>T && time1>=a[i].arrivetime)//未完成的进程但其还需服务时间至少大于一个时间片
                      {  flag=1;
                        time1=time1+T;
                        a[i].st1-=T;
                        printf("%8d%12c%15d%11d%11d%11d\n",z++,a[i].name,time1-T,T,a[i].st1,time1);
                       }
                   if( a[i].sc==1)sum++;     //一个进程执行完就+1
                }
             }
             if(flag==0 && sum<n)   // 还有没执行的进程，且没进入就就绪队列
                for(i=0;i<n;i++)
    			  if( a[i].sc==0) {   time1=a[ i].arrivetime;   break;}
        }
          for(i=0;i<n;i++)
    	  {  a[i].roundtime=(float)(a[i].finishtime - a[i].arrivetime);
    	    a[i].daiquantime=a[i].roundtime / a[i].servetime;
    	  }
    	Sleep(1000);
    	tjxx(n);
    }
    
    //信息输入
    int info()
    {  int n = 0;
      srand(time(NULL)); //初始化随机函数
      printf("请输入需要的进程数：");
      scanf("%d", &n);
      printf("\n");
      for (int i = 0; i < n; i++)
      {  printf("进程 %d\t名称:", i+1);
        scanf("%s", &a[i].name);
        a[i].arrivetime = (rand() % 5 + 1);//随机获取进程运行到达时间
        a[i].servetime = (rand() % 5 + 1);//随机获取进程运行服务时间
      }
      system("cls");
      return n;
    }
    
    int info1()
    {  int n;
      printf("请输入需要的进程数：");
      scanf("%d", &n);
      printf("\n");
      return n;
    }
    
    int main()
    { 
        int b=1,k,m;
        while(b)
        { 
            system("cls");
            printf("*************************************************\n");
            printf("** **\n");
            printf("** 进程调度算法 **\n");
            printf("** 程序清单 **\n");
            printf("** **\n");
            printf("** 1.先来先服务算法 **\n");
            printf("** 2.短进程优先算法 **\n");
            printf("** 3.时间片轮转算法 **\n");
            printf("** 0.退出程序 **\n");
            printf("** **\n");
            printf("*************************************************\n");
            printf("请选择：");
            scanf("%d",&k);
            switch(k)
            { 
                case 1:fcfs(info());break;
                case 2:spf(info());break;
                case 3:rr(info1()); break;
                case 0:b=0;break;
                default:printf("\n*****请输入正确的选择*****\n");
            }
            if(b!=0)
                printf("\n");
                system("pause");
        }
        printf("\n**********谢谢您使用**********\n");
    
    }