通用处理机 操作系统课程设计报告

一、课程设计目的进程操作系统课程设计，主要是在学习操作系统课程设计的基础上，完成操作系统各部分的要求，对操作系统的一些功能进行一次模拟。

通过本次的课程设计，提高运用操作系统知识解决实际问题的能力，锻炼实际的编程能力，还能提高调查研究、查阅技术文献、资料以及编写软件设计文档的能力。

二、课程设计内容与要求1.设计内容在多道程序和多任务系统中，系统内同时处于就绪状态的进程可能有若干个，也就是能运行的进程数大于处理机的个数，为了是系统中的进程有条不紊的工作，必须选用某种调度策略，在一定的时机选择一个进程占用处理机。

要求设计一个模拟处理机调度算法，以巩固和加深处理机调度的概念。

2.设计要求①在多道、单处理机条件下进行模拟。

②进程调度算法包括：时间片轮转算法、先来先服务算法、短作业优先算法、静态优先权优先调度算法、高响应比调度算法。

③每一个进程有一个PCB，其内容可以根据具体情况设定。

④进程数、进入内存时间、要求服务时间、作业大小、优先级等均可以在界面上设定。

⑤可读取样例数据（要求存放在外部文件中）进行进程数、进入内存时间、时间片长度、作业大小、进程优先级的初始化操作。

⑥可以在运行中显示各进程的状态。

⑦采用可视化界面，可以在进程调度过程中随时暂停调度，查看当前进程的状态及相应的阻塞队列。

⑧有性能比较功能，可比较同一组数据在不同调度算法下的平均周转时间。

⑨具有一定的数据容错性。

三、系统分析与设计1.系统分析本系统是通用处理机调度程序，需要实现的功能有：用户可以输入进程信息，进行调度算法的演示；用户还可以从本系统的文件中读取数据，进行调度算法的演示；在演示的过程中，可以随时暂停、继续或者重新开始执行，查看相应的阻塞队列；在这个程序中，还可以比较同一组数据在不同调度算法下的平均周转时间。

系统对于用户输入的信息具有一定的检错和提示错误的功能，帮助用户更好的使用本程序，进行通用处理机调度的演示程序。

对于系统的逻辑结构，系统的功能与性能具体分析如下：(1)信息方面本程序所处理的信息的来源有两种，磁盘上存储进程信息的外部文件、用户通过界面输入的进程信息。

每一个进程的信息，包括进程的名称、进入时间、要求服务时间、作业大小、优先级。

(2)行为方面在添加进程的窗体中，根据用户输入的进程数目，依次读入到文件中，进行存储。

在录入信息完成以后，添加窗体向演示窗体传递保存的文件名称。

演示窗体中，可以单击开始演示按钮观看调度的演示顺序，单击查看阻塞队列按钮查看当前时间的阻塞队列，以及单击查看平均周转时间的按钮来查看数据在用户选择的算法下的平均周转时间。

(3)表示方面本演示程序包括三个界面，打开程序显示的主窗体、添加进程的窗体、演示窗体。

在主窗体中，介绍本程序的主要功能，以及显示用户可以操作的功能按钮；添加进程的窗体中，可以允许用户填写输入进程的数目、保存的文件名称、每个进程的详细信息；演示窗体中，根据时间显示进程的执行顺序以及进程处于的状态（阻塞、执行、完成）。

2.系统设计2.1、模块设计：（1）主程序流程：（2）模块之间的关系:（3）界面之间的关系：2.2、数据结构说明：（1）Process类将每一个进程的信息抽象成一个进程的类用来存储进程的信息，其中包括进程的全部的PCB信息。

（2）对于不同的调度算法，在进行选择的时候，通过枚举类型来实现2.3、算法流程图：（1）主程序函数过程的调用关系图（2）演示（RunProc函数）的主要绘图代码：四、系统测试与调试分析1.系统测试：2.调试分析：在程序的调试过程中，出现问题是编程中常见的事情，自己能够调试程序并找出原因是解决问题的关键。

本程序在编写的过程中，遇到了如下一些问题：（1）在Process类的使用过程中出现了空值异常。

解决办法，编写构造函数，在声明的时候给类赋初始值，从而避免了空值调用其中的属性或方法而产生的异常。

（2）在调试RR算法求取执行序列的时候出现了问题，不能得到正常的执行序列。

原因：第一次编写的时候对时间片的考虑不全面，只考虑了1和2 的情况，没有考虑更大的情况，通过修改代码，改正了错误。

通过以上的调试过程，程序正确运行，回顾以前对系统的设计方面的内容，发现，一开始的设计存在考虑不周全的地方，比如标志变量Flag，是在编程的过程中需要才加入的，这样并不影响程序的正确性。

通过这个说明，设计不可能一开始就是完美的，要在编程的过程中不断的完善和改进。

五、用户手册1.使用平台：Microsoft Visual Studio 2008下载网址：/html/4615.html2.需要安装从给出的网址中下载软件，运行安装文件，根据提示进行安装即可。

3.使用说明：（1）使用前的准备工作将文件拷贝到D:\ApplicationProjects\C#Projects\WinformProjects目录下，如果没有此目录的话，建立相应的目录结构。

（2）双击\通用处理机调度演示程序\通用处理机调度演示程序\bin\Debug 下的通用处理机调度演示程序.exe文件，运行本程序。

界面如图1。

图1：通用处理机调度演示程序界面（3）在界面中有三个选项，可以选择样例数据演示、录入调度数据以及推出本程序。

单击则执行相应的操作。

（4）当选择样例数据演示时，出现以下图2界面图2：演示界面（5）在下拉列表中选择采用的调度算法，当选择时间片轮转调度算法时，会出现以下内容，如图3，需要输入时间片的大小；图3：时间片的录入（6）选择好一种调度算法后，便点击开始演示按钮进行演示，如图4图4：进行演示的界面（7）在演示的过程中，可以随时暂停演示以及继续演示的操作，只需要点击相应的按钮即可。

（8）在演示的过程中，可以查看就绪队列。

如图5图5：查看阻塞队列的情况（9）执行完毕后，显示如图6图6：执行完毕（10）查看平均周转时间，显示如图7图7：查看平均周转时间（11）当选择录入调度数据时，显示如下界面，如图8图8：录入调度数据界面（12）当数据录入完毕，点击提交按钮时，会打开演示窗体，进行演示的操作，具体演示操作参看以前步骤即可。

（13）当点击退出本程序的按钮时，便退出了通用处理机调度的演示程序。

六、程序清单（1）绘制演示区域的主要代码：#region演示的主要绘图代码///主要实现的功能：///根据数据的多少来绘制左面和下面的分隔///根据传入的参数，绘制块///函数功能实现做成函数，传入参数privatevoid RunProc(object sender, EventArgs e){timer1.Enabled = false;#region初始化变量--获取执行序列（单位时间格式）-x、y坐标轴的长度Process[] p = getProcessFromFile(fileName);#region控制时间片的输入，不输入时，提示错误if (txt_timeSize.Visible == true&& txt_timeSize.Text == ""){MessageBox.Show("请输入时间片大小!");return;}#endregion//根据以上信息，生成执行顺序int[] exeS = getExeScheduling(cbo_itemList.SelectedIndex, p);l = exeS.Length;int x_length = Jiuhong1989.Mc.Winform.ShowUsed.Drawing.getX(exeS);int y_length = Jiuhong1989.Mc.Winform.ShowUsed.Drawing.getY(exeS);#endregion#region状态为running的时候，执行的代码，实现动态的绘制图形if (state == RunState.running)//状态为running的时候才执行这段代码{Jiuhong1989.Mc.Winform.ShowUsed.Drawing.drawImge(exeS[downflag++], myImage, (downflag - 1), x_length, y_length);Graphics g = Graphics.FromImage(myImage);int y = 420 - (exeS[downflag - 1] + 1) * y_length + y_length / 2;//绘制当前执行的标志---执行中（蓝色）Rectangle rect = new Rectangle(680, y, 25, 15);System.Drawing.Drawing2D.LinearGradientBrush lBrush = new System.Drawing.Drawing2D.LinearGradientBrush(rect, System.Drawing.Color.Blue, Color.Blue, System.Drawing.Drawing2D.LinearGradientMode.Horizontal);g.FillRectangle(lBrush, rect);this.BackgroundImage = myImage;this.Refresh();//实现窗体刷新，否则，延迟显示if (totalServiceTime[exeS[downflag - 1]] > 0){totalServiceTime[exeS[downflag - 1]] =totalServiceTime[exeS[downflag - 1]] - 1;}#region找到阻塞队列，将其中的元素对应的设置成阻塞---(红色) Process[] b = getBlock(exeS);bool tips = false;if (b != null){for (int i = 0; i < b.Length; i++){if (b[i] != null){tips = true;break;}}}if (tips){for (int i = 0; i < b.Length; i++){if (b[i] != null){int y_values = 420 -(b[i].PrivatePcb + 1) * y_length+y_length / 2;Rectangle r = new Rectangle(680, y_values, 25, 15);System.Drawing.Drawing2D.LinearGradientBrush lbrush = new System.Drawing.Drawing2D.LinearGradientBrush(r, System.Drawing.Color.Red, Color.Red, System.Drawing.Drawing2D.LinearGradientMode.Horizontal);g.FillRectangle(lbrush, r);this.BackgroundImage = myImage;this.Refresh();//实现窗体刷新，否则，延迟显示}}}#endregion#region绘制y轴上的坐标,应该根据到达的时间来绘制Process[] t = getProcessFromFile(fileName);for (int i = 0; i < t.Length; i++){int yy = 420 - (i + 1) * y_length + y_length / 2;g.DrawString(t[i].PCB, new Font("宋体",12),Brushes.Red,new PointF(5, yy));}#endregion#region绘制完成标志---（绿色）if (totalServiceTime[exeS[downflag - 1]] == 0){Rectangle rec = new Rectangle(680, y, 25, 15);System.Drawing.Drawing2D.LinearGradientBrush lB = new System.Drawing.Drawing2D.LinearGradientBrush(rec, System.Drawing.Color.Green, Color.Green, System.Drawing.Drawing2D.LinearGradientMode.Horizontal);g.FillRectangle(lB, rec);this.BackgroundImage = myImage;this.Refresh();//实现窗体刷新，否则，延迟显示}#endregion#region绘制x轴坐标for (int i = 0; i <= 630 / x_length; i++){//绘制x坐标的数值g.DrawString(Convert.ToString(i), new Font("宋体", 12), Brushes.Red, new PointF(38 + i * x_length, 425));//绘制坐标的分隔线g.DrawLine(new Pen(Brushes.Red), new PointF(50 + i * x_length, 420), new PointF(50 + i * x_length, 425));}#endregionthis.BackgroundImage = myImage;this.Refresh();//实现窗体刷新，否则，延迟显示if (downflag >= exeS.Length){state = RunState.stop;MessageBox.Show("执行完毕");}System.Threading.Thread.Sleep(2000);//暂停一段时间，方便查看和暂停timer1.Enabled = true;}#endregion}#endregion（2）获取执行顺序的代码///根据传入的排序类型，将Process按照指定的类型排序publicstatic Process.Process[] getRank(Process.Process[] process,rankType type) {#region先来先服务调度算法，返回执行顺序if (type == rankType.EnteringTime)//完成{//根据进入内存时间进行排序(从小到大顺序)Process.Process temp;for (int i = 0; i < process.Length-1; i++){for (int j = i+1; j < process.Length;j++ ){if(process[i].EnteringTime > process[j].EnteringTime){temp = process[i];process[i] = process[j];process[j] = temp;}}}}#endregion#region静态优先权优先调度算法，返回执行顺序elseif(type == rankType.Priority){//静态优先权优先调度算法//根据进入内存时间和优先级类判断int num = 0;//下标//首先按照进入时间排序，然后根据优先级对排序进行调整Process.Process temp;//交换时候的中间变量for (int i = 0; i < process.Length - 1; i++){for (int j = i + 1; j < process.Length; j++){if (process[i].EnteringTime > process[j].EnteringTime){temp = process[i];process[i] = process[j];process[j] = temp;}}}//根据优先级修改顺序//在前一个程序的执行时间内，进入的进程，将这些进程按照优先权进行排序for (int i = 0; i < process.Length;i++ ){//获取前面一段的要求服务总时间int totalServiceTime = 0;for (int x = 0; x <= i;x++ ){totalServiceTime = totalServiceTime +Convert.ToInt32(process[x].ServiceTime);}//找到要处理的进程数组，即在前一个进程处理时间内到达的进程Process.Process[] front = newJiuhong1989.Mc.Winform.Process.Process[process.Length];//注意空值for (int j = i+1; j < process.Length;j++ ){if (Convert.ToInt32(process[j].EnteringTime) < totalServiceTime){front[j] = process[j];}}//将front中的非空数据，按优先级排序Process.Process m;for (int ii = 0; ii < front.Length-1;ii++ ){for (int j = ii + 1; j < front.Length;j++ )if (front[ii] != null&& front[j] != null){if (front[ii].Priority < front[j].Priority)//将优先权大的排在前面 {m = front[ii];front[ii] = front[j];front[j] = m;}}}}//将front中的非空数据，覆盖process中的相应位置的数据for (int a = 0; a < front.Length;a++ ){if (front[a] != null){process[a] = front[a];}}}}#endregion#region短作业优先调度算法，返回执行顺序elseif(type == rankType.JobSize){//这里实现短作业优先调度算法，方法类似静态优先权的调度算法//具体的实现代码如下int num = 0;//下标//首先按照进入时间排序，然后根据优先级对排序进行调整#region首先按照进入时间排序Process.Process temp;//交换时候的中间变量for (int i = 0; i < process.Length - 1; i++){for (int j = i + 1; j < process.Length; j++){if (process[i].EnteringTime > process[j].EnteringTime){temp = process[i];process[i] = process[j];process[j] = temp;}}}//根据进程的作业大小修改顺序//在前一个程序的执行时间内，进入的进程，将这些进程按照作业大小进行排序//注意：对于进入时间相同的，按照作业大小，之后是私有的pcbfor (int i = 0; i < process.Length; i++){//获取前面一段的要求服务总时间int totalServiceTime = 0;for (int x = 0; x <= i; x++){totalServiceTime = totalServiceTime +Convert.ToInt32(process[x].ServiceTime);}//找到要处理的进程数组，即在前一个进程处理时间内到达的进程Process.Process[] front = newJiuhong1989.Mc.Winform.Process.Process[process.Length];//注意空值for (int j = i + 1; j < process.Length; j++){if (Convert.ToInt32(process[j].EnteringTime) < totalServiceTime){front[j] = process[j];}}//将front中的非空数据，按优先级排序Process.Process m;for (int ii = 0; ii < front.Length - 1; ii++){for (int j = ii + 1; j < front.Length; j++){//if (front[ii] != null&& front[j] != null){if (front[ii].ServiceTime > front[j].ServiceTime)//将作业大的排在后面，实现短作业优先{m = front[ii];front[ii] = front[j];front[j] = m;}}}}//将front中的非空数据，覆盖process中的相应位置的数据for (int a = 0; a < front.Length; a++){if (front[a] != null){process[a] = front[a];}}}}#endregion#region高响应比调度算法，返回执行顺序/*具体过程：* 按照作业的进入时间进行排序* 每次作业执行完之后，就计算在总的运行时间内，到达的并且没有执行的进程的响应比* 选择一个响应比最大的插入执行队列中去，循环，直至传入进程参数的末尾* 具体的过程见下面分支的代码*/elseif(type == rankType.HighResponseRatio){//高响应比的情况int num = 0;//下标//首先按照进入时间排序Process.Process temp;//交换时候的中间变量for (int i = 0; i < process.Length - 1; i++){for (int j = i + 1; j < process.Length; j++){if (process[i].EnteringTime > process[j].EnteringTime){temp = process[i];process[i] = process[j];process[j] = temp;}}}//根据进程的响应比修改顺序//在前一个程序的执行时间内，进入的进程，将这些进程按照响应比进行排序for (int i = 0; i < process.Length; i++){//获取前面一段的要求服务总时间int totalServiceTime = 0;for (int x = 0; x <= i; x++){totalServiceTime = totalServiceTime + Convert.ToInt32(process[x].ServiceTime);}//找到要处理的进程数组，即在前一个进程处理时间内到达的进程Process.Process[] front = newJiuhong1989.Mc.Winform.Process.Process[process.Length];//注意空值for (int j = i + 1; j < process.Length; j++){if (Convert.ToInt32(process[j].EnteringTime) < totalServiceTime) {front[j] = process[j];}}//将front中的非空数据，按响应比排序Process.Process m;for (int ii = 0; ii < front.Length - 1; ii++){for (int j = ii + 1; j < front.Length; j++){if (front[ii] != null&& front[j] != null){if (getHighResponseRatio(front[ii],totalServiceTime)< getHighResponseRatio(front[j],totalServiceTime)){m = front[ii];front[ii] = front[j];front[j] = m;}}}}//将front中的非空数据，覆盖process中的相应位置的数据for (int a = 0; a < front.Length; a++){if (front[a] != null){process[a] = front[a];}}}}#endregionreturn process;}（3）时间片轮转调度算法执行顺序的获取代码///时间片轮转算法的实现函数///主要的功能是返回执行顺序///这个的执行顺序是间断的publicstatic Process.Process[] getRank(Process.Process[] process, int timeSize) {#region时间片轮转调度算法获取进程执行顺序的执行过程简单介绍/* 将输入的进程数组中的数据按照到达时间从小到大的顺序进行排序* 外围循环，总的服务时间内，每次都遍历整个Process[]，对阻塞队列进行赋值操作* 判断的条件是外围的到达时间* 选出到达时间在规定时间之内的进程，存入阻塞队列* 放入阻塞数组后，以后每次执行前都要查看，若有元素，就执行阻塞数组中的，若没有，则执行外围的循环操作*/#endregion#region首先按照进入时间排序，然后根据优先级对排序进行调整Process.Process temp;//交换时候的中间变量for (int i = 0; i < process.Length - 1; i++){for (int j = i + 1; j < process.Length; j++){if (process[i].EnteringTime > process[j].EnteringTime){temp = process[i];process[i] = process[j];process[j] = temp;}}}#endregion#region获取总的要求服务时间totalServiceTimeint totalServiceTime = 0;for (int x = 0; x < process.Length; x++){totalServiceTime = totalServiceTime +Convert.ToInt32(process[x].ServiceTime);}#endregion#region参数设置//数组的大小 = 要求服务的总时间/时间片int size = totalServiceTime / timeSize + 1;//返回数组的大小//声明一个Process数组，作为返回值int randSize = 0;Process.Process[] rank = newJiuhong1989.Mc.Winform.Process.Process[size+20];//这个数组只是用来存放执行顺序！！！//声明一个Process数组作为阻塞队列，存放待执行的进程信息（要求服务时间随着执行次数，减小相应的数值）Process.Process[] block = newJiuhong1989.Mc.Winform.Process.Process[size+20];//每次都是从这个Process数组中取数据，进行操作//设置一个变量，标识执行的总时间int exeTime = 0;bool isInHourPiece = false;int exeTimeOfProcess = 0;#endregion#region根据总的服务时间进行循环,每执行一个单位的时间就检查一次for (int i = 0; i <= totalServiceTime; i++){//以下是获取返回序列的主要操作代码：#region阻塞队列中没有待执行的程序，不需要对其进行操作if (block[0] == null){//Do Nothing}#endregion#region阻塞队列中有待执行的程序，需要对其进行操作else{//rank[randSize++] = block[0];//执行队列赋值#region服务时间在时间片之内的情况if (block[0].ServiceTime <= timeSize){isInHourPiece = true;exeTimeOfProcess =Convert.ToInt32(block[0].ServiceTime);}#endregion#region服务时间超过了时间片的大小else{isInHourPiece = false;exeTimeOfProcess = timeSize;}#endregion#region设置返回数组及阻塞数组if (isInHourPiece){block[0].ServiceTime = 0;rank[randSize++] = block[0];//执行队列赋值block[0] = null;isInHourPiece = false;}else{block[0].ServiceTime = block[0].ServiceTime - timeSize; rank[randSize++] = block[0];//执行队列赋值}#endregion}#endregion//将exeTime的数值增加exeTime = exeTime + exeTimeOfProcess;#region Process类型的数组，用来存放在时间片轮转执行过程中 "新来的" 需要阻塞进程 Process.Process[] front = newJiuhong1989.Mc.Winform.Process.Process[process.Length];for (int j = 0; j < process.Length;j++ ){//查找在执行时间内到达的进程if(Convert.ToInt32(process[j].EnteringTime) <= exeTime){if ( process[j].Flag == false) {front[j] = process[j];process[j].Flag = true;//设置标志，进入的就不用重新进入了}}}#endregion//将查找到的非空元素放入block中,并将首位的移动到最后#region执行步骤/** 实现的具体步骤如下：* 如果阻塞数组是空的话：直接赋值给前面的0,1,2....* 如果阻塞数组是非空的话* ：将第一个元素取出，保存在中间变量中* ：将其余的一次前移* ：队尾插入新到的* ：将队首的加在最后*/#endregion#region阻塞数组是空//判断空值bool isNull = true;for (int f = 0; f < block.Length; f++){if(block[f]!=null){isNull = false;break;}}if (isNull)//如果是空{int number = 0;for (int n = 0; n < front.Length; n++){if (front[n] != null){block[number++] = front[n];}}}#endregion#region阻塞数组非空的情况：else{#region将第一个元素取出，保存在中间变量中Process.Process mid = newJiuhong1989.Mc.Winform.Process.Process();mid = block[0];#endregion#region将其余的一次前移for (int g = 0; g < block.Length - 1; g++){block[g] = block[g + 1];//}#endregion#region将查找到的放入阻塞数组中去，从第一个null的地方开始存放for (int h = 0; h < block.Length; h++){if (block[h] == null){for (int k = 0; k < front.Length; k++){if (front[k] != null){block[h] = front[k];front[k] = null;break;}}}}#endregion#region将队首的加在最后for (int p = 0; p < block.Length; p++){if (block[p] == null){block[p] = mid;break;}}#endregion}#endregion}#endregionreturn rank;}（4）阻塞队列的实现函数是根据执行顺序来获取的，实现起来相对简单，这里就不再罗列代码，详细代码，参见源程序代码即可。