實(shí)驗(yàn)一——單處理器系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度

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1、實(shí)驗(yàn)一：進(jìn)程的建立及調(diào)度1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模杭由顚?duì)進(jìn)程概念的理解，熟悉PCB的組織，深入了解創(chuàng)建進(jìn)程的一般過(guò)程，掌握用隊(duì)列組織進(jìn)程的方法，掌握進(jìn)程調(diào)度算法。2．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編程實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建原語(yǔ)，形成就緒隊(duì)列，模擬實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的調(diào)度。具體內(nèi)容包括：1）、確定進(jìn)程控制塊的內(nèi)容，用鏈表組織進(jìn)程控制塊；2）、完成進(jìn)程創(chuàng)建原語(yǔ)和進(jìn)程調(diào)度原語(yǔ)；3）、?要求采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法；4）、?編寫主函數(shù)對(duì)所做工作進(jìn)程測(cè)試。3、實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容和步驟的說(shuō)明?這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要考慮三個(gè)問(wèn)題：如何組織進(jìn)程、如何創(chuàng)建進(jìn)程和如何實(shí)現(xiàn)處理器調(diào)度。1）、進(jìn)程的組織：首先就要設(shè)

2、定進(jìn)程控制塊的內(nèi)容。進(jìn)程控制塊PCB記錄各個(gè)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)的情況。不同的操作系統(tǒng)，進(jìn)程控制塊所記錄的信息內(nèi)容不一樣。操作系統(tǒng)功能越強(qiáng)，軟件也越龐大，進(jìn)程控制塊所記錄的內(nèi)容也就越多。本次實(shí)驗(yàn)只使用必不可少的信息。一般操作系統(tǒng)中，無(wú)論進(jìn)程控制塊中信息量多少，信息都可以大致分為以下四類：?①?標(biāo)識(shí)信息每個(gè)進(jìn)程都要有一個(gè)惟一的標(biāo)識(shí)符，用來(lái)標(biāo)識(shí)進(jìn)程的存在和區(qū)別于其他進(jìn)程。這個(gè)標(biāo)識(shí)符是必不可少的，可以用符號(hào)或編號(hào)實(shí)現(xiàn)，它必須是操作系統(tǒng)分配的。本實(shí)驗(yàn)中要求，采用編號(hào)方式，也就是為每個(gè)進(jìn)程依次分配一個(gè)不相同的正整數(shù)。?②?說(shuō)明信息用于記

3、錄進(jìn)程的基本情況，例如進(jìn)程的狀態(tài)、等待原因、進(jìn)程程序存放位置、進(jìn)程數(shù)據(jù)存放位置等等。本模擬實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)檫M(jìn)程沒(méi)有數(shù)據(jù)和程序，僅使用進(jìn)程控制塊模擬進(jìn)程，所以這部分內(nèi)容僅包括進(jìn)程狀態(tài)。③?現(xiàn)場(chǎng)信息現(xiàn)場(chǎng)信息記錄各個(gè)寄存器的內(nèi)容。當(dāng)進(jìn)程由于某種原因讓出處理器時(shí)，需要將現(xiàn)場(chǎng)信息記錄在進(jìn)程控制塊中，當(dāng)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度時(shí)，從選中進(jìn)程的進(jìn)程控制塊中讀取現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)。現(xiàn)場(chǎng)信息就是處理器的相關(guān)寄存器內(nèi)容，包括通用寄存器、程序計(jì)數(shù)器和程序狀態(tài)字寄存器等。在實(shí)驗(yàn)中，可選取幾個(gè)寄存器作為代表。用大寫的全局變量AX、BX、CX、DX模擬通用寄

4、存器、大寫的全局變量PC模擬程序計(jì)數(shù)器、大寫的全局變量PSW模擬程序狀態(tài)字寄存器。本實(shí)驗(yàn)要求讀取一個(gè)寄存器的值，予以輸出④?管理信息管理信息記錄進(jìn)程管理和調(diào)度的信息。例如進(jìn)程優(yōu)先數(shù)、進(jìn)程隊(duì)列指針等。實(shí)驗(yàn)中，僅包括隊(duì)列指針。綜合上面內(nèi)容，建議進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)定義如下：struct?pcb?{int?name;??//進(jìn)程標(biāo)識(shí)符int?status;??//進(jìn)程狀態(tài)?int?ax,?bx,?cx,dx;?//進(jìn)程現(xiàn)場(chǎng)信息，通用寄存器內(nèi)容int?pc;?????????//進(jìn)程現(xiàn)場(chǎng)信息，程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容int?psw;????

5、???//進(jìn)程現(xiàn)場(chǎng)信息，程序狀態(tài)字寄存器內(nèi)容int?next;???????//下一個(gè)進(jìn)程控制塊的位置}??進(jìn)程控制塊定義好后，考慮如何組織進(jìn)程控制塊。多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，往往同時(shí)創(chuàng)建多個(gè)進(jìn)程。在單處理器的情況下，每次只能有一個(gè)進(jìn)程處于運(yùn)行態(tài)，其他的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)或阻塞狀態(tài)。為了便于管理，通常把處于相同狀態(tài)的進(jìn)程的進(jìn)程控制塊鏈接在一起。單處理器系統(tǒng)中，正在運(yùn)行的進(jìn)程只有一個(gè)。因此，單處理器系統(tǒng)中的進(jìn)程控制塊分成三個(gè)隊(duì)列：①、一個(gè)正在運(yùn)行進(jìn)程的進(jìn)程控制塊；②、就緒進(jìn)程的進(jìn)程控制塊組成的就緒隊(duì)列；③、阻塞進(jìn)程的進(jìn)程控制

6、塊組成的阻塞隊(duì)列。由于實(shí)驗(yàn)?zāi)M的是進(jìn)程調(diào)度，沒(méi)有對(duì)阻塞隊(duì)列的操作，所以實(shí)驗(yàn)中只有一個(gè)指向正在運(yùn)行進(jìn)程的進(jìn)程控制塊指針和一個(gè)就緒進(jìn)程的進(jìn)程控制塊隊(duì)列指針。操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，系統(tǒng)往往在主存中劃分出一個(gè)連續(xù)的專門區(qū)域存放系統(tǒng)的進(jìn)程控制塊，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該用數(shù)組模擬這個(gè)專門的進(jìn)程控制塊區(qū)域，定義如下：#define??n???10???????//假定系統(tǒng)允許進(jìn)程個(gè)數(shù)為10struct?pcb??pcbarea[n];??//模擬進(jìn)程控制塊區(qū)域的數(shù)組這樣，進(jìn)程控制塊的鏈表實(shí)際上是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中使用的靜態(tài)鏈表。進(jìn)程控制塊的鏈接方式可以采

7、用單向和雙向鏈表，實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)程控制塊隊(duì)列采用單向靜態(tài)鏈表。為了管理空閑進(jìn)程控制塊，還應(yīng)該將空閑控制塊鏈接成一個(gè)隊(duì)列。實(shí)驗(yàn)中采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，這種算法是將進(jìn)程控制塊按照進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后次序排成隊(duì)列。對(duì)就緒隊(duì)列的操作就是從隊(duì)頭摘下一個(gè)進(jìn)程控制塊和從隊(duì)尾掛入一個(gè)進(jìn)程控制塊。因此為就緒隊(duì)列定義兩個(gè)指針，一個(gè)頭指針，指向就緒隊(duì)列的第一個(gè)進(jìn)程控制塊；一個(gè)尾指針，指向就緒隊(duì)列的最后一個(gè)進(jìn)程控制塊。實(shí)驗(yàn)中指向運(yùn)行進(jìn)程的進(jìn)程控制塊指針、就緒隊(duì)列指針和空閑進(jìn)程控制塊隊(duì)列指針定義如下：intrun;????//定義指向正在運(yùn)行進(jìn)程

8、的進(jìn)程控制塊的指針struct{int??head;int??tail;}ready;???//定義指向就緒隊(duì)列的頭指針head和尾指針tailint??pfree;??//定義指向空閑進(jìn)程控制塊隊(duì)列的指針??2）、進(jìn)程創(chuàng)建。進(jìn)程創(chuàng)建是一個(gè)原語(yǔ)，因此在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該用一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)程創(chuàng)建的過(guò)程應(yīng)該包括：①申請(qǐng)進(jìn)程控制塊：進(jìn)程控制塊的數(shù)量是有限的，