一、目的和要求
1. 实验目的
（1）加深对作业调度算法的理解；
（2）进行程序设计的训练。
2．实验要求
用高级语言编写一个或多个作业调度的模拟程序。
单道批处理系统的作业调度程序。作业一投入运行，它就占有计算机的一切资源直到作业完成为止，因此调度作业时不必考虑它所需要的资源是否得到满足，它所运行的时间等因素。
作业调度算法：
1) 采用先来先服务（FCFS）调度算法，即按作业到达的先后次序进行调度。总是首先调度在系统中等待时间最长的作业。
2) 短作业优先 (SJF) 调度算法，优先调度要求运行时间最短的作业。
3) 响应比高者优先(HRRN)调度算法，为每个作业设置一个优先权(响应比)，调度之前先计算各作业的优先权，优先数高者优先调度。RP (响应比)＝ 作业周转时间 / 作业运行时间=1+作业等待时间/作业运行时间
每个作业由一个作业控制块JCB表示，JCB可以包含以下信息：作业名、提交（到达）时间、所需的运行时间、所需的资源、作业状态、链指针等等。
作业的状态可以是等待W（Wait）、运行R（Run）和完成F（Finish）三种之一。每个作业的最初状态都是等待W。
一、 模拟数据的生成
1． 允许用户指定作业的个数（2-24），默认值为5。
2． 允许用户选择输入每个作业的到达时间和所需运行时间。
3． （**）从文件中读入以上数据。
4． （**）也允许用户选择通过伪随机数指定每个作业的到达时间（0-30）和所需运行时间（1-8）。
二、 模拟程序的功能
1． 按照模拟数据的到达时间和所需运行时间，执行FCFS, SJF和HRRN调度算法，程序计算各作业的开始执行时间，各作业的完成时间，周转时间和带权周转时间（周转系数）。
2． 动态演示每调度一次，更新现在系统时刻，处于运行状态和等待各作业的相应信息（作业名、到达时间、所需的运行时间等）对于HRRN算法，能在每次调度时显示各作业的响应比R情况。
3． （**）允许用户在模拟过程中提交新作业。
4． （**）编写并调度一个多道程序系统的作业调度模拟程序。 只要求作业调度算法：采用基于先来先服务的调度算法。 对于多道程序系统，要假定系统中具有的各种资源及数量、调度作业时必须考虑到每个作业的资源要求。
三、 模拟数据结果分析
1． 对同一个模拟数据各算法的平均周转时间，周转系数比较。
2． （**）用曲线图或柱形图表示出以上数据，分析算法的优点和缺点。
四、 实验准备
| 序号 | 准备内容 | 完成情况 |
| 1 | 什么是作业？ | 作业相当于一个程序。 任务相当于整个程序中的一段段可以并发执行的代码。 进程其实就是任务。从系统的角度看，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。系统通过作业说明书控制文件形式的程序和数据，使之执行和操作。而且，在批处理系统中，作业是抢占内存的基本单位。也就是说，批处理系统以作业为单位把程序和数据调入内存以便执行。 |
| 2 | 一个作业具备什么信息？ | 作业由三部分组成，即程序、数据和作业说明书。一个作业可以包含多个程序和多个数据集，但必须至少包含一个程序。否则将不成为作业。 |
| 3 | 为了方便模拟调度过程，作业使用什么方式的数据结构存放和表示？JCB | 由作业说明书在系统中生成一个称为作业控制块(job control block，JCB)的表格。该表格登记该作业所要求的资源情况、预计执行时间和执行优先级等。从而，操作系统通过该表了解到作业要求，并分配资源和控制作业中程序和数据的编译、链接、装入和执行等。 |
| 4 | 操作系统中，常用的作业调度算法有哪些？ | 先来先服务、轮转法、多级反馈队列列算法、优先级法、短作业优先法、最高响应 |
| 5 | 如何编程实现作业调度算法？ | |
| 6 | 模拟程序的输入如何设计更方便、结果输出如何呈现更好？ | |
五、 其他要求
1． 完成报告书，内容完整，规格规范。
2． 实验须检查，回答实验相关问题。
注：带**号的条目表示选做内容。
二、实验内容
根据指定的实验课题，完成设计、编码和调试工作，完成实验报告。
三、实验代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<malloc.h>
#define M 24
struct JCB{
char name[M]; //作业名
int arrivetime; //到达时间
float r; //响应比
int cputime; //需要CPU（运行）时间
int finishtime; //完成时的时间
int wt; //周转时间
float awt; //加权周转时间
}p[M];
//输出函数
void Output(int a)
{
int i;
printf("\n作业名 到达系统时间 所需CPU时间 完成时间 周转时间 加权周转时间\n");
for(i=0;i<a;i++)
{
printf("%s\t ",p[i].name);
printf(" %d\t\t",p[i].arrivetime);
printf(" %d\t\t",p[i].cputime);
printf("%d\t",p[i].finishtime);
printf("%d\t",p[i].wt);
printf("%f\n",p[i].awt);
}
}
//输入函数
int Input()
{
int i,a,b=0;
int init,k;
int j=1;
JCB f;
do{
printf("请输入作业个数（2-20）：");
scanf("%d",&a);
if(a<2||a>20)
j=0;
else break;
}while(j=1);
for(i=0;i<a;i++)
{
printf("请输入作业名:");
scanf("%s",p[i].name);
printf("请输入到达时间:");
scanf("%d",&p[i].arrivetime);
printf("请输入需要CPU（运行）时间:");
scanf("%d",&p[i].cputime);
printf("\n");
p[i].finishtime=0;
p[i].wt=0;
p[i].awt=0;
p[i].r=0;
}
//按到达系统时间先后排序
for(i=0;i<a;i++)
{
init=p[b].arrivetime;
f=p[b];
for(k=b;k<a;k++)
{
if(p[k].arrivetime<init)
{
f=p[k];
p[k]=p[b];
p[b]=f;
init=p[b].arrivetime;
}
}
b++;
}
Output(a);
return a;
}
//SJF算法选择短作业
int Selecputimework(int t,int n){
int i,l=0;
int temp,m,k=0;
JCB a[M];
JCB b;
//寻找t到达系统还未完成的作业，用数组存储
for(i=1;i<n;i++)
{
if(p[i].arrivetime<=t&&p[i].finishtime==0)
{
a[l]=p[i];
l++;
k=l;
}
}
//寻找未完成作业中最短的作业
temp=a[0].cputime;
b=a[0];
for(m=0;m<k;m++)
{
if(a[m].cputime<temp)
{
b=a[m];
a[m]=a[0];
a[0]=b;
temp=a[0].cputime;
}
}
return a[0].cputime;//返回最短作业的所需CPU时间
}
//HRRE算法选择响应比高的作业
int Choose(int t,int n)
{
int i,k,l=0;
int m=0;
float r,temp;
JCB a[M];
JCB b;
//寻找当前时间t到达系统还未完成的作业，用数组a[M]存储
for(i=1;i<n;i++)
{
if(p[i].arrivetime<=t&&p[i].finishtime==0)
{
a[l]=p[i];
l++;
k=l;
}
}
//计算每个未完成作业的响应比
for(i=0;i<k;i++)
{
a[i].r=1+(float)(t-a[i].arrivetime)/(float)a[i].cputime;
}
//寻找未完成作业中响应比最高的作业
temp=a[0].r;
b=a[0];
for(m=0;m<k;m++)
{
if(a[m].r>temp)
{
b=a[m];
a[m]=a[0];
a[0]=b;
temp=a[0].r;
}
}
return a[0].cputime;//返回最高响应比的作业的所需CPU时间
}
//先来先服务
void FCFS()
{
int i,j;
int now=0;//当前时间
j=Input();
int sumwt=0;//周转时间的和
float sumawt=0;//带权周转时间的和
float avwt,avgwt;//avwt是平均周转时间，avgwt是平均带权周转时间
for(i=0;i<j;i++)
{
if(i==0)
{
now=p[i].arrivetime;
p[i].finishtime=now+p[i].cputime;
p[i].wt=p[i].finishtime-p[i].arrivetime;
p[i].awt=p[i].wt/p[i].cputime;
}
else
{
if(p[i-1].finishtime>p[i].arrivetime)
{
now=p[i-1].finishtime;
p[i].finishtime=now+p[i].cputime;
}
else
{
now=p[i].arrivetime;
p[i].finishtime=now+p[i].cputime;
}
p[i].wt=p[i].finishtime-p[i].arrivetime;
p[i].awt=(float)p[i].wt/(float)p[i].cputime;
}
sumwt+=p[i].wt;
sumawt+=p[i].awt;
}
avgwt=(float)sumwt/j;
avwt=sumawt/j;
Output(j);
printf("平均周转时间为：%f\n",avgwt);
printf("平均带权周转时间为：%f\n",avwt);
}
//最短路径优先
void SJF()
{
int i=0,j=0,k=0;
j=Input();
int l,m,now;//当前时间
int a=0;
int sumwt=0;//周转时间总和
float sumawt=0;//带权周转时间总和
double avwt,avgwt;//avwt是平均周转时间，avgwt是平均带权周转时间
l=0;
int n=0;
for(i=0;i<j;i++)
{
if(i==0)
{
now=p[i].arrivetime;
p[i].finishtime=p[i].arrivetime+p[i].cputime;
now=p[i].finishtime;
}
else
{
a=Selecputimework(now,j);
//寻找最短作业的位置
for(m=0;m<j;m++)
if(p[m].cputime==a&&p[m].finishtime==0)
{
k=m;
break;
}
p[k].finishtime=now+p[k].cputime;//计算时间
now=p[k].finishtime;
}
}
for(i=0;i<j;i++)
{
p[i].wt=p[i].finishtime-p[i].arrivetime;
p[i].awt=(float)p[i].wt/(float)p[i].cputime;
sumwt+=p[i].wt;
sumawt+=p[i].awt;
}
avgwt=(float)sumwt/j;
avwt=sumawt/j;
Output(j);
printf("平均周转时间为：%f\n",avgwt);
printf("平均带权周转时间为：%f\n",avwt);
}
//最高相应比
void HRRN()
{
int i=0,j=0,k=0;
int b=0,now=0,m;
float sumwt=0;//周转时间总和
float sumawt=0;//带权周转时间总和
double avwt,avgwt;//avwt是平均周转时间，avgwt是平均带权周转时间
j=Input();
for(i=0;i<j;i++)
{
if(i==0)
{
p[i].finishtime=p[i].arrivetime+p[i].cputime;
now=p[i].finishtime;
}
else
{
b=Choose(now,j);
//寻找最高响应比的作业的位置
for(m=0;m<j;m++)
if(p[m].cputime==b&&p[m].finishtime==0)
{
k=m;
break;
}
p[k].finishtime=now+p[k].cputime;//计算最高响应比的作业的完成时间
now=p[k].finishtime;
}
}
for(i=0;i<j;i++)
{
p[i].wt=p[i].finishtime-p[i].arrivetime;
p[i].awt=(float)p[i].wt/(float)p[i].cputime;
sumwt+=p[i].wt;
sumawt+=p[i].awt;
}
avgwt=(float)sumwt/j;
avwt=sumawt/j;
Output(j);
printf("平均周转时间为：%f\n",avgwt);
printf("平均带权周转时间为：%f\n",avwt);
}
void Start()
{
int d;
int j=1;
do{ printf(" *******************************************");
printf("\n 1.FCFS先来先服务调度算法。 ");
printf("\n 2.SJF最短路径优先调度算法。 ");
printf("\n 3.HRRN最高响应比优先调度算法。 ");
printf("\n 请选择输入你需要的调度算法的序号：");
printf("\n *******************************************");
scanf("%d",&d);
if(d<1||d>3)
j=0;
else break;
}while(j=1);
switch(d)
{
case 1:
FCFS();
break;
case 2:
SJF();
break;
case 3:
HRRN();
break;
}
}
int main()
{
int i=1;
char a;
do{
Start();
printf("\n你想要继续吗?(y or n):");
scanf(" %c",&a);
if(a=='n')
break;
}while(i=1);
printf("The end!\n");
return 0;
} 测试结果
