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肇庆学院计算机科学与软件学院 《计算机操作系统》课程实验报告 姓名： 学号： 班级： 完成日期： 年 月 日 实验题目 单处理机系统的进程调度分析、设计与实现 实验形式 小组合作 □ 独立完成 □ 设计目的 （1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。 （2）深入了解系统如何组织进程，创建进程。 （3）进一步认识如何实现处理机调度。 设计预备知识 （1）进程的概念。 （2）进程的组织方式。 （3）进程的创建。 （4）进程的调度。 设计内容 编写程序完成单处理机系统中的进程调度，要求采用时间片轮转调度算法，设计具体包括： ①确定进程控制块的内容和组织方式； ②完成进程创建原语和进程调度原语； ③编写程序及对所做工作进行测试。 一、设计理论描述 进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。另有一种定义方法是“程序在处理器上的执行”。为了模拟的方便，本设计采用这种定义。 简单地说，进程包括三种状态：运行状态(Running)、就绪状态(Ready)、等待状态或阻塞状态(Blocked)；状态变换图如图1所示。严格地说，进程除了上面的三个状态，还有挂起就绪(Readya)和挂起等待(Blocked)等状态。 图1 进程状态变换图 通常操作系统用一个称为进程控制块(PCB)的数据结构来记录进程的属性信息。PCB一般应包含以下信息：进程标识信息(本进程的标志ID、父进程的标志ID、用户标识)；处理机状态信息(用户使用的寄存器、控制和状态寄存器、堆栈指针)；进程调度和控制信息(进程的状态、进程的调度优先级、程序和数据的地址、进程同步和通信机制、进程已等待时间、已使用的处理器时间、进程在有关队列中的链接指针、分给进程的主存大小和位置、进程使用的其他资源信息、进程得到有关服务的优先级、进程调度所需的其他信息)。 进程调度算法：（1）先进先出调度算法(FIFO)：按照进程的到达顺序调度进程，属于不可抢占策略。（2）优先级调度算法：按照进程的优先级大小来调度，是高优先级进程得到优先的处理的调度策略，可使用非抢占或可抢占两种策略。（3）时间片轮转算法：按照FIFO原则进行调度，每个进程轮流执行一个有限的时间片。（4）最短进程优先级调度算法：主要是从就绪队列中挑选那些所需的运行时间(估计时间)最短的运行，是一个非抢占策略。另外还有最短剩余时间优先级调度算法、最高响应比优先调度算法、多级反馈队列调度算法等。 二、设计思想、设计分析及数据结构模型 这个设计需要考虑三个问题：如何组织进程、如何创建进程和如何实现处理机调度。 考虑如何组织进程，首先就要设置进程控制块的内容。进程控制块PCB记录各个进程执行时的情况。不同的操作系统，进程控制块记录的信息内容不一样。操作系统功能越强，软件也越庞大，进程控制块记录的内容也就越多。这里的设计只使用了必不可少的信息。一般操作系统中，无论进程控制块中信息量多少，信息都可以大致分为以下四类： （1）标识信息 每个进程都要有一个唯一的标识符，用来标识进程的存在和区别于其他进程。这个标识符是必不可少的，可以用符号或编号实现，它必须是操作系统分配的。在后面给出的参考程序中，采用编号方式，也就是为每个进程依次分配一个不相同的正整数。 （2）说明信息 用于记录进程的基本情况，例如，进程的状态、等待原因、进程程序存放位置、进程数据存放位置等。设计中，因为进程没有数据和程序，仅使用进程控制块模拟进程，所以这部分内容仅包括进程状态。 （3）现场信息 现场信息记录各个寄存器的内容。当进程由于某种原因让出处理机时，需要将现场信息记录在进程控制块中，当进行进程调度时，从选中进程的进程控制块中读取现场信息进行现场恢复。现场信息就是处理机的相关寄存器内容，包括通用寄存器、程序计数器和程序状态字寄存器等。在设计中，可选取几个寄存器作为代表。用大写的全局变了量AX、BX、CX、DX模拟通用寄存器，大写的全局变量PC模拟程序计数器，大写的全局变量PSW模拟程序状态字寄存器。 （4）管理信息 管理信息记录进程管理和调度的信息。例如进程优先数和进程队列指针等。设计中，仅包括队列指针。 因此可将进程控制块结构定义如下： Struct pcb {int name; //进程标识符 int status; //进程状态 int ax,bx,cx,dx; //进程现场信息，通用寄存器内容 int pc; //进程现场信息，程序计数器内容 int psw; //进程现场信息，程序转台字寄存器内容 int next; //下一个进程控制块的位置 } 确定进程控制块内容后，要考虑的就是如何将进程控制块组织在一起。多道程序设计系统，往往同时创建多个进程