操作系統四種調度算法

一、實驗目的：
1、掌握進程調度的任務、機制和方式。
2、熟練掌握進程進程調度的算法的原理。
二、實驗內容：
1、實現短作業優先調度算法
2、實現先到先服務調度算法
3、實現非搶佔式高響應比優先調度算法
4、實現搶佔式高響應比優先調度算法
三、實驗代碼
實驗全部代碼見附件code.txt
實驗的主要代碼如下：
//進程結構體
struct Task
{
char name[10]; // 進程名稱
int come_time; // 到達時間
int turn_time; // 運行時間
int start_time; // 開始運行時間
int end_time;// 結束運行時間
int wait_time; // 等待時間
}task[N], tp_task[N];

//短作業優先算法
void SJF()
{
/**
功能：實現短作業優先算法，將進程的運行結束信息
按照進程運行順序輸出。
*/

sort(task, task+num, cmp1);
int countt = 0;
for (int i = 0; i < num; i++)
{
    printf("%s進程正在執行", task[i].name);
    for (int j = 0; j < 10; j++)
    {
        sleep(100 * task[i].turn_time); printf(".");
    }
    putchar('\n');

    //sleep(1000 * task[i].turn_time);  // 程序暫停時間（單位：ms)
    task[i].start_time = countt;
    countt += task[i].turn_time;
    task[i].end_time = countt;
}
printf("\n所有進程全部執行完畢！！！\n\n");

Print();

}

//先來先服務算法
void FCFS()
{
/**
功能：實現先來先服務算法，將進程的運行結束信息
按照進程運行順序輸出。
*/

int countt = 0;
sort(task, task+num, cmp2);

for (int i = 0; i < num; i++)
{
    printf("%s進程正在執行", task[i].name);
    for (int j = 0; j < 10; j++)
    {
        sleep(100 * task[i].turn_time); printf(".");
    }
    putchar('\n');

    //sleep(1000 * task[i].turn_time);  // 程序暫停時間（單位：ms)
    task[i].start_time = countt;
    countt += task[i].turn_time;
    task[i].end_time = countt;
}
printf("\n所有進程全部執行完畢！！！\n\n");

Print();

}

// 非搶佔高響應比優先調度算法
void HRRN()
{
/**
功能；運行非搶佔式高響應比優先調度算法執行進程，將進程的運行結束信息
輸出顯示。
*/
//初始化進程的結束時間 -1
for (int i = 0; i < num; i++)
task[i].end_time = -1;

int countt = 0;  //計時器
while (true)
{
    for (int i = 0; i < num; i++)
        task[i].wait_time = countt - task[i].come_time;
    sort(task, task + num, cmp3);

    if (task[0].end_time >= 0) break;

    printf("%s進程正在執行", task[0].name);
    for (int j = 0; j < 10; j++)
    {
        sleep(100 * task[0].turn_time); printf(".");
    }
    putchar('\n');

    //sleep(1000 * task[0].turn_time);  // 程序暫停時間（單位：ms)
    task[0].start_time = countt;
    countt += task[0].turn_time;
    task[0].end_time = countt;
}
printf("\n所有進程全部執行完畢！！！\n\n");

sort(task, task + num, cmp4); // 按照開始運行的時間從小到大排序
Print();

}

// 搶佔式高響應比優先調度算法
void PreemptiveHRRN()
{
/**
功能；運行搶佔式高響應比優先調度算法執行進程，將進程的運行結束信息
輸出顯示。
*/

//備份每個進程的服務時間
map<string, int> shift;
shift.clear();

for (int i = 0; i < num; i++)
    shift[ task[i].name ] = task[i].turn_time;


//初始化進程的結束時間 and 進程的開始運行時間  -》 -1
for (int i = 0; i < num; i++)
    task[i].end_time = task[i].start_time = -1;

int countt = 0;  //計時器
while (true)
{
    for (int i = 0; i < num; i++)
        task[i].wait_time = countt - task[i].come_time;
    sort(task, task + num, cmp3);

    if (task[0].end_time >= 0) break;


    if (task[0].start_time < 0)
        task[0].start_time = countt;

    printf("%s進程正在執行", task[0].name);
    for (int j = 0; j < 10; j++)
    {
        sleep(100); printf(".");
    }
    putchar('\n');

    //sleep(1000);  // 程序暫停時間（單位：ms)
    countt++;     //運行一個時間片  （1 s)
    task[0].turn_time--;

    if (task[0].turn_time <= 0 && task[0].end_time < 0)
        task[0].end_time = countt;
}
printf("所有進程全部執行完畢！！！\n\n");

//恢復每個進程的服務時間
for (int i = 0; i < num; i++)
    task[i].turn_time = shift[task[i].name];

sort(task, task + num, cmp5); // 按照開始運行的時間從小到大排序
Print();

}

四、實驗結果
實驗測試數據如下：
5
A 0 9
B 1 3
C 2 8
D 3 2
E 4 5
數據輸入：

（1）短作業優先調度算法

（2）先到先服務調度算法

（3）非搶佔式高響應比優先調度算法

（4）搶佔式高響應比優先調度算法

五、實驗總結
本次實驗的內容爲實現了四中進程調度的算法：短作業調度算法、先來先服務進程調度算法、非搶佔試高響應比優先調度算法、搶佔式高響應比優先調度算法。通過對四中進程調度算法的實現，熟練地掌握了調度算法的原理，同時也對操作系統當中關於調度方面的內容有了更加深刻的瞭解。在算法實現方面，覺得自己構建的那個結構體裏面的變量有些不足之處，例如進程相關的時間可能不是整數，而我卻爲了簡化操作，用了整型來表示和進程相關的時間信息

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <ctime>
#include <map>
using namespace std;


const int N = 1000;
struct Task
{
    char name[10]; // 進程名稱
    int come_time; // 到達時間
    int turn_time; // 運行時間
    int start_time; // 開始運行時間
    int end_time;// 結束運行時間
    int wait_time; // 等待時間
}task[N], tp_task[N];

int num;//進程數目

void sleep(int n)
{
    int st = clock();
    while ((clock() - st) <= n);
}

void GetData()
{
    printf("請輸入每個進程的名稱，到達時間，服務時間\n");
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        printf("第%d個進程信息輸入：\n",i+1);
        scanf("%s%d%d", task[i].name, &task[i].come_time, &task[i].turn_time);
        strcpy(tp_task[i].name, task[i].name);
        tp_task[i].come_time = task[i].come_time;
        tp_task[i].turn_time = task[i].turn_time;
    }
    printf("進程信息輸入完畢！！！\n");
}

void BackData()
{
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        strcpy(task[i].name, tp_task[i].name);
        task[i].come_time = tp_task[i].come_time;
        task[i].turn_time = tp_task[i].turn_time;
    }
    printf("進程信息還原成功！！！\n");
}

void Print()
{
    printf("進程運行信息：\n");
    printf("task_name  come_time   start_time   turn_time   end_time\n");
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        printf("     %-9s%-13d", task[i].name, task[i].come_time);
        printf("%-10d%-12d", task[i].start_time, task[i].turn_time);
        printf("%-4d\n", task[i].end_time);
    }
}

bool cmp1(const struct Task &a, const struct Task &b)
{
    return a.turn_time < b.turn_time;
}

//短作業優先算法
void SJF()
{
    /**
    功能：實現短作業優先算法，將進程的運行結束信息
          按照進程運行順序輸出。
    */

    sort(task, task+num, cmp1);
    int countt = 0;
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        printf("%s進程正在執行", task[i].name);
        for (int j = 0; j < 10; j++)
        {
            sleep(100 * task[i].turn_time); printf(".");
        }
        putchar('\n');

        //sleep(1000 * task[i].turn_time);  // 程序暫停時間（單位：ms)
        task[i].start_time = countt;
        countt += task[i].turn_time;
        task[i].end_time = countt;
    }
    printf("\n所有進程全部執行完畢！！！\n\n");

    Print();
}

bool cmp2(const struct Task &a, const struct Task &b)
{
    return a.come_time < b.come_time;
}

//先來先服務算法
void FCFS()
{
    /**
    功能：實現先來先服務算法，將進程的運行結束信息
          按照進程運行順序輸出。
    */

    int countt = 0;
    sort(task, task+num, cmp2);

    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        printf("%s進程正在執行", task[i].name);
        for (int j = 0; j < 10; j++)
        {
            sleep(100 * task[i].turn_time); printf(".");
        }
        putchar('\n');

        //sleep(1000 * task[i].turn_time);  // 程序暫停時間（單位：ms)
        task[i].start_time = countt;
        countt += task[i].turn_time;
        task[i].end_time = countt;
    }
    printf("\n所有進程全部執行完畢！！！\n\n");

    Print();
}


bool cmp3(const struct Task &a, const struct Task &b)
{
    if (a.end_time < 0 && b.end_time < 0)
    {
        double ra = (a.wait_time + a.turn_time)*1.0 / a.turn_time;
        double rb = (b.wait_time + b.turn_time)*1.0 / b.turn_time;
        return ra > rb;
    }
    else
        return a.end_time < b.end_time;
}

bool cmp4(const struct Task &a, const struct Task &b)
{
    return a.come_time < b.come_time;
}

// 非搶佔 高響應比 優先調度算法
void HRRN()
{
    /**
    功能；運行非搶佔式 高響應比 優先調度算法執行進程，將進程的運行結束信息
          輸出顯示。
    */
    //初始化進程的結束時間 -1
    for (int i = 0; i < num; i++)
        task[i].end_time = -1;

    int countt = 0;  //計時器
    while (true)
    {
        for (int i = 0; i < num; i++)
            task[i].wait_time = countt - task[i].come_time;
        sort(task, task + num, cmp3);

        if (task[0].end_time >= 0) break;

        printf("%s進程正在執行", task[0].name);
        for (int j = 0; j < 10; j++)
        {
            sleep(100 * task[0].turn_time); printf(".");
        }
        putchar('\n');

        //sleep(1000 * task[0].turn_time);  // 程序暫停時間（單位：ms)
        task[0].start_time = countt;
        countt += task[0].turn_time;
        task[0].end_time = countt;
    }
    printf("\n所有進程全部執行完畢！！！\n\n");

    sort(task, task + num, cmp4); // 按照開始運行的時間從小到大排序
    Print();
}

bool cmp5(const struct Task a, const struct Task b)
{
    return a.end_time < b.end_time;
}

// 搶佔式 高響應比 優先調度算法
void PreemptiveHRRN()
{
    /**
    功能；運行搶佔式 高響應比 優先調度算法執行進程，將進程的運行結束信息
          輸出顯示。
    */

    //備份每個進程的服務時間
    map<string, int> shift;
    shift.clear();

    for (int i = 0; i < num; i++)
        shift[ task[i].name ] = task[i].turn_time;


    //初始化進程的結束時間 and 進程的開始運行時間  -》 -1
    for (int i = 0; i < num; i++)
        task[i].end_time = task[i].start_time = -1;

    int countt = 0;  //計時器
    while (true)
    {
        for (int i = 0; i < num; i++)
            task[i].wait_time = countt - task[i].come_time;
        sort(task, task + num, cmp3);

        if (task[0].end_time >= 0) break;


        if (task[0].start_time < 0)
            task[0].start_time = countt;

        printf("%s進程正在執行", task[0].name);
        for (int j = 0; j < 10; j++)
        {
            sleep(100); printf(".");
        }
        putchar('\n');

        //sleep(1000);  // 程序暫停時間（單位：ms)
        countt++;     //運行一個時間片  （1 s)
        task[0].turn_time--;

        if (task[0].turn_time <= 0 && task[0].end_time < 0)
            task[0].end_time = countt;
    }
    printf("所有進程全部執行完畢！！！\n\n");

    //恢復每個進程的服務時間
    for (int i = 0; i < num; i++)
        task[i].turn_time = shift[task[i].name];

    sort(task, task + num, cmp5); // 按照開始運行的時間從小到大排序
    Print();
}

void Menu()
{
    printf("             命令\n");
    printf("\n\n       **** 0.輸入進程數據信息\n");
    printf("       **** 1.FCFS算法\n");
    printf("       **** 2.SJF算法\n");
    printf("       **** 3.HRRN算法\n");
    printf("       **** 4.PreemptiveHRRN算法\n");
    printf("       **** 5.End Up Code!!!\n\n");
}

int main()
{
    int menu;
    int flag = 1;
    printf("             《進程調度實驗程序》\n\n");
    while (flag)
    {
        Menu();
        printf("請輸入命令: ");
        cin >> menu;
        switch (menu)
        {
            case 0:
                printf("請輸入進程的個數:  ");
                scanf("%d", &num);
                GetData();
                break;
            case 1:
                printf("     <啓動 FCFS 調度算法>\n");
                FCFS();
                break;
            case 2:
                printf("     <啓動 SJF 調度算法>\n");
                SJF();
                break;
            case 3:
                printf("     <啓動非搶佔式 HRRN 調度算法>\n");
                HRRN();
                break;
            case 4:
                printf("     <啓動搶佔式 HRRN 調度算法>\n");
                PreemptiveHRRN();
                break;
            case 5:
                flag = 0;
                break;

        }
        BackData();
    }



    return 0;
}

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