作业调度模拟程序(共31页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘 要 本次课程设计要求编写作业调度模拟程序,了解作业调度在操作系统中的作用,以加深对作业调度算法的理解。一个作业从输入初始数据到得到计算结果,要经过若干个步骤的相继执行。例如:编辑、编译、运行等,其中每一个步骤称作一个作业步。把一批作业组织成输入流,通过“预输入”手段使每个作业的信息(包括作业说明书、源程序、初始数据等)暂存在辅助存储器的“输入井”中。作业调度从系统已接纳的暂存在输入井中的一批作业中挑选出若干个可运行的作业,并为这些被选中的作业分配所需的系统资源,对被选中运行的作业必须按照它们各自的作业说明书规定的步骤进行控制。作业调度算法分别采用先来先服务(FCF
2、S),最短作业优先(SJF)、响应比高者优先(HRN)的调度算法。对每种调度算法都要求计算出每个作业开始运行时刻、完成时刻、周转时间、带权周转时间,以及这组作业的平均周转时间及带权平均周转时间,以比较各种算法的优缺点。关键词:作业调度;作业信息;短作业优先算法;响应比高者优先算法目 录专心-专注-专业1绪论1.1概述作业的定义:所谓作业是指在一次业务处理过程中,从输入开始到输出结束,用户要求计算机所做的有关该次业务处理全部工作。作业的组成:从系统角度看,作业则是一个比程序更广的概念,它由程序、数据和作业说明书组成。作业中包含的程序和数据完成用户所要求的业务处理工作,作业说明书则体现用户的控制意
3、图。作业调度,又称高级调度。其主要功能是根据一定的算法,从输人的一批作业中选出若干个作业,分配必要的资源,如内存、外设等,为它建立相应的用户作业进程和为其服务的(如输人、输出进程),最后把它们的程序和数据调人内存,等待进程调度程序对其执行调度,并在作业完成后作善后处理工作。每个人对作业调度的算法都存在着一定的理解,这也就是很多算法实现不同的原因,可能是自己理解的不够透彻,我总觉得自己的实验不够完善,也有可能是自己掌握 C 语言还不够深,总觉得自己的想法与实现的算法存在着很大差距,希望通过更多的课程设计,让自己有更大的收获。 本次课程设计是用高级语言编写的作业调度的模拟程序,以加深对作业调度的算
4、法理解。通过该题目的设计过程,可以初步掌握作业调度的原理、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。编写作业调度程序,允许多个作业共行的作业调度程序。进程调度算法采用先来先服务调度算法、最短作业优先调度算法、和最高相应比优先调度算法并计算出三中算法下平均周转时间和平均带权周转时间。1.2需求分析作业调度的主要功能是:按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择,给选出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源,并建立相应进程,使该作业的相关进程获得竞争处理机的权利。另外,当作业执行完毕时,还负责回收系统资源。在批处理系统中,作业进入系统后,先驻留在外存上,通过作业调度算法,将它们分批装入内存。作
5、业调度程序用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存,并为他们创建进程、分配必要的资源,然后,再将新创建的进程加入就绪队列中,准备执行。应将哪些作业从外存调入内存,取决于所采用的调度算法。最简单的是先来先服务调度算法,这是指讲最早进入外存的作业最先调入内存;较常用的一种是短作业优先调度算法,这是将外存上最短的作业最先调入内存;此外,还有基于响应比高者优先的调度算法,根据作业的等待时间和要求服务时间的和与要求服务时间之比可计算出响应比。1.3 语言选择介绍 本次课程设计是基于C语言平台设计的。C语言主要因为它具有强大的功能,它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C语言可以
6、对位、字节和地址进行操作,而这三者是计算机最基本的工作单元。C语言具有各种各样的数据类型,并引入了指针概念,可使程序效率更高。另外C语言也具有强大的图形功能,支持多种显示器和驱动器。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大,可以实现决策目的。C语言系统提供了大量的标准库函数,减轻了编程的负担,所以,C语言现如今成为最受欢迎的语言之一。2总体设计2.1设计内容编写并调试一个单道处理系统的作业等待模拟程序。 作业等待算法:分别采用先来先服务(FCFS),最短作业优先(SJF)、响应比高者优先(HRN)的调度算法。 (1)先来先服务算法: 按照作业提交给系统的先后顺序来挑选作业, 先提交的先被挑选。 (
7、2)最短作业优先算法:是以进入系统的作业所提出的“执行时间”为标准,总是优先选取执行时间最短的作业。 (3)响应比高者优先算法:是在每次调度前都要计算所有被选作业(在后备队列中)的响应比,然后选择响应比最高的作业执行。 对每种调度算法都要求打印每个作业开始运行时刻、完成时刻、周转时间、带权周转时间,以及这组作业的平均周转时间及带权平均周转时间,以比较各种算法的优缺点。2.2设计作业调度算法先来先服务算法比较有利于长作业,而不利于短作业。 (1)短作业(SJF)的调度算法可以照顾到实际上在所有作业中占很大比例的短作业,使它能比长作业优先执行。SPF优先调度算法:是从就绪队列中选出一估计运行时间最
8、短的进程,将处理机分配给它,使它立即执行到完成,或发生某事件而被阻塞放弃处理机时,再重新调度。为了和FCFS调度算法进行比较,我们利用FCFS算法中所使用的实例并改用SJ(P)F算法重新调度,再进行性能分析。采用SJF算法后,不论是平均周转时间还是平均带权周转时间都有较明显的改善,尤其是对短作业D,其周转时间由FCFS算法的11降为SJF算法中的3;而平均带权周转时间是从5.5降到1.5,这说明SJF调度算法能有效地降低作业的平均等待时间和提高系统的吐量。 短作业优先调度算法对比先来先服务,不论是平均周转时间还是平均带权周转时间,都有较明显的改善,尤其是对短作业。该算法对长作业不利,而且未考虑
9、作业的紧迫程度,因而不能保证紧迫性作业会被及时处理。如作业C的周转时间由10增至16,带权周转时间由2增至3.1。更严重的是,如果有一长作业(进程)进入系统的后备队列(就绪队列),由于调度程序总是优先调度那些(即使是后进来的)短作业(进程),将致使长作业(进程)得不到调度。(2)该算法完全未考虑作业的紧迫程度,因而不能保证紧迫性作业(进程),会得到及时处理;(3)由于作业(进程)的长短只是根据用户所提供的估计执行时间而定,而用户又可能会有意或无意地缩短其作业的估计执行时间,致使该算法不一定能真正做到短作业优先调度。高响应比优先调度算法在批处理系统中,用作作业调度的短作业优先算法是一个比较好的算
10、法。其主要缺点是作业的运行得不到保证。如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权机制,并使以速率a增加,则长作业在等待一定的时间后,必须有机会分配到处理机。该优先权的变化可描述为:优先权等于(等待时间+要求服务时间)除以要求服务时间。由于等待时间加上要求服务时间,就是系统对该作业的响应时间,故该优先权又相当于响应比Rp 等于等待时间加要求服务时间除以要求服务时间等于响应时间除以要求服务时间。由上式可以看出:(1)如果作业的等待时间相同,则要求服务的时间愈短,其优先权愈高,因而该算法有利于短作业;(2)当要求服务的时间相同时,作业的优先权决定于其等待时间,因而实现了先来先服务;(3)对于长作业
11、,当其等待时间足够长时,其优先权便可升到很高,从而也可获得处理机。该算法既照顾了短作业,又考虑了作业到达的先后顺序,也不会使作业长期得不到服务。因此,该算法实现了一种较好的折衷。当然,再利用该算法时,每要进行调度之前,都需先进行响应应比的计算,这会增加系统的开销。2.3算法调用流程图当输入作业块之后,运行界面会弹出所要选择的算法,即可输入对应的数字然后回车可进入所要运行的算法,流程图如下图2.1所示。321结 束选择算法开 始响应比高优先短作业优先先来先服务显示结果 图2.1 算法调用流程图 3 详细设计 3.1功能模块划分根据功能描述,单道批处理程序作业调度的模拟程序要求实现如下功能:建立作
12、业、选择作业、运行作业、计算作业周转时间和带权周转时间,以及这组作业的平均周转时间和带权平均周转时间、显示运行结果(包括每个作业开始运行时刻、完成时刻、周转时间、带权周转时间,以及这组作业的平均周转时间及带权平均周转时间等)、退出程序。各模块的功能如下:(1)建立作业:输入作业数,建立一组作业,并对所建立的这组作业进行初始化,用以模拟作业调度。初始化的内容包括作业名,作业要求运行的时间,其中,作业进入系统的时间由系统默认设置。(2)选择作业算法:程序通过先来先服务调度算法、短作业优先调度算法和高响应比优先调度算法对建立的一组作业进行选择,决定把哪个作业从外存调入内存中。(3)运行作业:根据初始
13、化中设置的作业要求运行时间来模拟作业的运行。(4)计算:作业完成计算作业周转时间和带权周转时间,以及这组作业的平均周转时间和带权平均周转时间。(5)显示结果:将计算所得的结果输出。(6)退出程序:当运行结束,不再需要模拟作业调度的时候,用来退出程序。3.2各模块代码及介绍3.2.1作业控制块建立该模块的作用是建立作业控制块,输入作业的信息,如作业数,作业号,作业名,作业提交时刻,作业运行时间。最后再调用sort()函数对输入的作业按提交时间排列。void input() /* 建立作业控制块函数*/ int i,num; printf(n 请输入作业数:?); scanf(%d,&num);
14、for(i=0;iname); printf(n 输入作业提交时刻:); scanf(%f,&j-subtime); printf(n 输入作业运行时间:); scanf(%f,&j-runtime); printf(n); j-state=w; j-link=NULL; sort(); /* 调用sort函数*/ 3.2.2短作业优先建立该模块功能是获取队列中的最短作业使它进入就绪状态,我们先定义JCB指针,再对队列进行判断是否为空,不为空时再用IF语句进行循环判断,使最短的作业成为jcb_ready,当对首作业排队完成时,再对其他作业进行排队。流程图如下图3.1所示。void SJFget
15、() / 获取队列中的最短作业 JCB *front,*mintime,*rear; /定义JCB指针 int ipmove=0; mintime=jcb_ready; rear=mintime-link; while(rear!=NULL) if( rear!=NULL)&(T=rear-subtime)&(mintime-runtime)(rear-runtime) /队列不空时,给作业排队 front=mintime; mintime=rear; rear=rear-link; ipmove=1; else rear=rear-link; if (ipmove=1) /队首作业完成,后续
16、作业重新排队 front-link=mintime-link; mintime-link=jcb_ready; jcb_ready=mintime; 开始定义JCB指针IF语句进行循环判断改变指针指向结束 图3.1 SJF流程图3.2.3最高响应比优先者建立该模块功能是获取队列中的最高响应作业,使它进入就绪状态,我们一样还是先定义JCB指针,再对队列进行判断是否为空,不为空时再用IF语句进行循环判断,使最高响应的作业成为jcb_ready,当对首作业排队完成时,改变指针指向,流程图如下图3.2所示。void HRNget() / 获取队列中的最高响应作业 JCB *front,*mintime
17、,*rear; int ipmove=0;/初始化 mintime=jcb_ready; rear=mintime-link; while(rear!=NULL) if(rear!=NULL)&(T=rear-subtime)&(mintime-Rp)Rp) front=mintime; mintime=rear; rear=rear-link; ipmove=1; else rear=rear-link; if (ipmove=1) /队首作业完成,改变指针 front-link=mintime-link; mintime-link=jcb_ready; jcb_ready=mintime;
18、 NY开 始初始化IF语句进行循环判断定义JCB指针改变指针指向(rear!=NULL)&(T=rear-subtime)&(mintime-Rp)R)p)插入队首结 束 图3.2 HRN流程图3.3算法的优缺点及准则(1)FCFS算法 该算法总是把处理机分配给最先进入就绪队列的进程,一个进程一旦分得处理机,便执行下去,直到该进程完成或阻塞时,才释放处理机。优点:实现简单, 缺点:没考虑进程的优先级。(2)SJF算法该算法从就绪队列中选出“下一个 CPU 执行期”最短的进程,为之分配处理机。该算法虽可获得较好的调度性能,但难以准确地知道下一个 CPU 执行期,而只能根据每一个进行的执行历史来预
19、测。 (3)HRN算法该算法既照顾了短作业,又照顾了作业顺序,不会使长作业长期得不到运行,但调度前,必须计算响应比,增加了系统的开销。(4)算法的准则选择调度算法的依据是面向用户的准则:周转时间短;响应时间快;截止时间的保证;优先权准则面向系统的准则:系统吞吐量高;处理机利用率好;各类资源的平衡利用。3.4算法中的公式假设在单道批处理环境下有几个作业,已知它们进入系统的时间、估计运行时间。分别采用先来先服务(FCFS),最短作业优先(SJF)、响应比高者优先(HRN)的调度算法,计算出作业的平均周转时间和带权的平均周转时间 。 作业 i 的周转时间:Ti=Tci-Tsi平均周转时间 : T=(
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