实验一进程控制与进程调度

备注：大二（下）操作系统实验一

一、实验目的

掌握进程状态的转变、进程调度的策略

理解进程控制的过程，进一步体会多道程序并发执行的特点

二、实验内容

利用简单的结构和控制方法模拟进程结构、进程状态和进程控制，进程调度采用时间片轮转调度算法

1、用PCB表示进程实体，利用随机数方法或键盘控制方法模拟进程执行中产生的事件，或者基于图形界面控制进程

2、定义PCB包括基本内容，如内部ID、外部ID、进程状态、队列指针

由于很难实现真正的进程创建功能，在实验中只需建立PCB节点，并用它代表一个完整的进程

每创建一个进程时，可动态分配PCB节点，对相应内容赋值，并链接到对应队列

可参考如下数据结构(C语言实现)：

struct PCB

{

int inid; //内部ID 自动生成

char outid[10]; //外部ID

int state ; //进程状态 0表示执行状态 1表示就绪状态 2表示阻塞状态

struct PCB*next;

};

struct PCB *ready,*blocked,*running;

3、定义进程状态转换方式

真实的进程状态转换是由进程内部操作或操作系统的控制引起

由于模拟程序中无法实现这些功能，实验可以采用随机数方法或键盘控制方法模拟，并实现对应的控制程序

随机方法指产生1－5的随机数，分别代表(1)创建进程、(2)时间片到、(3)进程阻塞、(4)唤醒进程、(5)结束进程等事件；

键盘模拟方法指定义5个选项菜单代表以上5种事件

4、根据随机数或键盘操作处理就绪队列、阻塞队列和当前执行进程的状态

每次事件处理后应显示出当前系统中的执行进程是哪一个，就绪队列和阻塞队列分别包含哪些进程

5、编程语言不限，可以选择用C语言、Python或java

三、数据结构及符号说明

数据结构：
使用结构体PCB来表示一个进程

使用链表实现就绪队列和阻塞队列，指针为 PCB * next
符号说明：
就绪队列头指针 ready_head

就绪队列尾指针 ready_tail
阻塞队列头指针 blocked_head
阻塞队列尾指针 blocked_tail
当前运行程序指针 running

四、运行环境说明

五、代码段

#include<iostream>
#include<unordered_set>
using namespace std;

int inID;
unordered_set<string> S;

struct PCB
{
	int in_id;     // 内部id 
	string out_id; // 外部id 
	int state;     // 进程状态  0表示执行状态，1表示就绪状态，2表示阻塞状态
	PCB * next;    // next指针 
};

PCB * ready_head, * ready_tail, * blocked_head, * blocked_tail, * running;

PCB * PCB_creat() // 创建PCB 
{
	PCB * p = new PCB;
	cout << "进程创建成功！" << endl;
	return p;
}

void PCB_init(PCB * p) // 初始化PCB 
{
	string id;
	p -> in_id = inID ++ ;
	cout << "请输入进程外部ID：" << endl;
	cin >> id;
	while(S.count(id))
	{
		cout << "您输入的外部ID已被使用，请重新输入！" << endl;
		cin >> id;
	}
	S.insert(id);
	p -> out_id = id;
	p -> state = 1;
	p -> next = NULL;
	cout << "进程初始化成功！" << endl << endl;
}

int insert_to_ready(PCB * p) // 插入就绪队列
{
		p -> next = NULL;
		if(ready_tail) ready_tail -> next = p;
		ready_tail = p;
		if(! ready_head) ready_head = p;
		return 0;
}

void insert_to_blocked(PCB * p) // 插入阻塞队列 
{
	p -> next = NULL;
	if(blocked_tail) blocked_tail -> next = p;
	blocked_tail = p;
	if(! blocked_head) blocked_head = p;
}

void change_process() // 切换进程 
{
	if(running) insert_to_ready(running);
	running = ready_head;
	if(ready_head) ready_head = ready_head -> next;
	if(ready_head == NULL) ready_tail = NULL;
	cout << "切换进程成功！" << endl << endl;
}

void block_process() // 阻塞进程
{
	if(running) 
	{
		insert_to_blocked(running); 
		running = ready_head;
	    if(ready_head) ready_head = ready_head -> next;
	    if(ready_head == NULL) ready_tail = NULL;
		cout << "进程阻塞成功！" << endl << endl;
	}
	
	else cout << "当前系统没有运行当中的程序可供阻塞！" << endl << endl;
}

void awaken_process() // 唤醒进程 
{
	if(blocked_head)
	{
		// if(blocked_head == blocked_tail) blocked_tail = NULL;
		auto p = blocked_head -> next;
		insert_to_ready(blocked_head);
		blocked_head = p;
		if(blocked_head == NULL) blocked_tail = NULL;
		cout << "成功唤醒阻塞队列队首进程！" << endl << endl;
	}
	else cout << "阻塞队列为空，没有可供唤醒的进程！" << endl << endl;
}

void end_process() // 结束进程 
{
	if(running)
	{
		S.erase(running -> out_id);
		delete running;
		running = ready_head;
	    if(ready_head) ready_head = ready_head -> next;
	    if(ready_head == NULL) ready_tail = NULL;
	    cout << "成功结束当前运行进程！" << endl << endl;
	}
	
	else cout << "当前系统没有运行当中的程序可供结束！" << endl << endl;
}

void show() // 显示 
{
	if(running) cout << "运行的程序是：" << running -> out_id << endl;
	else cout << "没有正在运行的程序！" << endl;
	
	if(ready_head)
	{
		cout << "就绪队列为：" ; 
		for(auto i = ready_head; i; i = i -> next)
		  cout << i -> out_id << " " ;
		cout << endl;
	}
	else cout << "就绪队列为空！" << endl;
	
	if(blocked_head)
	{
		cout << "阻塞队列为：" ; 
		for(auto i = blocked_head; i; i = i -> next)
		  cout << i -> out_id << " " ;
		cout << endl;		
	}
	else cout << "阻塞队列为空！" << endl;
	
	cout << endl;
}

void check() // 检查（若当前没有正在运行的程序且当前就绪队列非空，则调度就绪队列队首进程） 
{
	if(!running && ready_head)
	  {
	  	 running = ready_head;
	  	 ready_head = ready_head -> next;
	  }
}

int main()
{
	while(true)
	{
		int choice; 
		cout << "请选择系统模拟选项：" << endl;
		cout << "1、创建进程" << endl;
		cout << "2、当前时间片结束" << endl;
		cout << "3、阻塞当前运行进程" << endl;
		cout << "4、唤醒阻塞队列队首进程" << endl;
		cout << "5、结束当前运行进程" << endl;
		cout << "6、退出系统" << endl << endl;
		cin >> choice;
		
		switch(choice)
		{
			case 1: 
			    {
			        auto p = PCB_creat();
			        PCB_init(p); 
			        insert_to_ready(p);
			        check();
					show(); 
					break; 
			    }
			case 2: change_process(); show(); break; 
			case 3: block_process(); show(); break; 
			case 4:awaken_process(); check(); show(); break; 
			case 5:end_process(); show(); break; 
			case 6: exit(0);
			default: cout << "您的选择有误，请重新选择！" << endl;
		}
	}
	
	return 0;
}