实验一 批处理系统的作业调度
一、实验目的
1.加深对作业概念的理解。
2.深入了解批处理系统如何组织作业、管理作业和调度作业。
二、实验预备知识 1.作业的概念。 2.作业的创建。 3.作业的调度。
三、实验内容
编写程序完成批处理系统中的作业调度，要求采用响应比高者优先的作业调度算法。实验具体包括：首先确定作业控制块的内容，作业控制块的组成方式；然后完成作业调度；最后编写主函数对所做工作进行测试。 四、提示与讲解
操作系统根据允许并行工作的道数和一定的算法从系统中选取若干作业把它们装入主存储器，使它们有机会获得处理器运行，这项工作被称为“作业调度”。实现这部分功能的程序就是“作业调度程序”。
作业调度的实现主要有两个问题，一个是如何将系统中的作业组织起来；另一个是如何进行作业调度。
为了将系统中的作业组织起来，需要为每个进入系统的作业建立档案以记录和作业相关的信息，例如作业名、作业所需资源、作业执行时间、作业进入系统的时间、作业信息存储器中的位置、指向下一个作业控制块的指针等信息。这个记录作业相关信息的数据块称为作业控制块（JCB），并将系统中等待作业调度的作业控制块组织成一个队列，这个队列称为后备队列。一个作业全部信息进入系统后，就为其建立作业控制块，并挂入后备队列。当进行作业调度时，从后备队列中查找选择作业。
由于实验中没有实际作业，作业控制块中的信息内容只使用了实验中需要的数据。作业控制块中首先应该包括作业名；其次是作业所需资源，根据需要，实验中只包括需要主存的大小（采用可移动的动态分区方式管理主存，作业大小就是需要主存的大小）、需要打印机的数量和需要磁带机的数量；采用响应比作业调度算法，为了计算响应比，还需要有作业的估计执行时间、作业在系统中的等待时间；另外，指向下一个作业控制块的指针必不可少。 实验中，作业控制块及队列的数据结构定义如下： typedef struct jcb {
char name[4]; //作业名
int length; //作业长度，所需主存大小 int printer; //作业执行所需打印机的数量 int tape; //作业所需磁带机的数量 int runtime; //作业估计执行时间
int waittime; 作业在系统中的等待时间 int next; //指向下一个作业控制块的指针 }JCB //作业控制块类型定义
存放作业控制块的区域：
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define n 10 //假定系统中可容纳的作业数量为n JCB jobtable[10]; //作业表
int jobcount ; //系统内现有作业数量 将作业控制块组织成一个队列，实验中采用静态链表的方式模拟作业的后备队列，如下图所示。
作业队列头指针定义： int *head; 开始 p指向作业队列的队首p=head
q=s=-1 N p没有空？
Y 指针p后移； s=p； N p=jobtable[p].next 找到满足条件的作 业（q!=-1）？ 系统可用资源是否
满足作业需求？ N Y 结束 Y N q是作业队列的第一个？ 计算p指向作业 的响应比xk Y
从作业队列摘下q： 从作业队列摘下q： head=jcbtable[head].jcbtable[t].next=
jcbtable[q].next; next N p是第一个满足必要 条件的作业或作业q 的响应比p的响应比 为作业q分配资源： 分配主存空间；分配磁带 Y 机；分配打印机；并输出 作业名 q=p；t=s;k=xk
图1 采用响应比高者优先算法的作业调度程序流程图
确定作业组织方式之后，就要开始考虑如何进行作业调度。尽管不同的计算机系统可以采用不同的调度原则和调度算法，但是都必须遵循一个必要条件，即系统现有的尚未分配的资源可以满足被选作业的资源要求。就是说，所有的作业调度都是按照一定的算法，从满足必要条件的作业中选择一部分作业装入主存储器。实验中，主存采用可移动的动态分区管理方法，即只要主存空闲区总和比作业大就可以满足作业对主存的需求；对打印机和磁带机这两种独占型设备采用静态分配法，即作业执行前必须获得所需资源，并且执行完才归还。
常用的作业调度算法有先来先服务算法、计算时间短的作业优先算法、响应比高者优先算法、优先数调度算法和均衡调度算法。实验中采用响应比高者优先算法，响应比的定义为：
响应比 = 作业的等待时间/作业估计执行时间 采用响应比高者优先调度算法，进行调度时必须计算出系统中的所有满足必要条件作业的响应比；从中选择响应比最高的一个作业装入主存储器分配资源，
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由于是实验，所以就用将作业的作业控制块出队，并输出作业的作业名代替装入主存储器，同时修改系统的资源数量；用同样方法选择第二个、第三个……直到不再有满足必要条件的作业。采用响应比高者优先算法的作业调度程序流程图如图1所示。
模拟程序中，先要假设系统的资源情况，假设系统资源只有主存（memory）64MB（以KB为单位分配）、磁带机（tape）4个和打印机（printer）2台；然后，手工输入某个时刻系统中的各个作业情况；最后进行作业调度，并将结果输出。
五、作业题
将上述实验中的作业调度算法改为①先来先服务；②短作业优先调度算法重新完成上述工作。 六、参考程序
参见Job.c。
执行后，输入以下数据：
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J1 1024 1 1 1 5
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J2 8000 1 1 4 10
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J3 2048 1 1 9 15
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J4 5024 2 1 15 20
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J5 8088 1 1 20 3
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 0 -1 0 0 0 0
运行结果：选中作业的作业名:J5
选中作业的作业名:J4
输入以下数据：
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J1 12048 1 1 14 26
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J2 6024 1 1 9 5
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J3 8000 1 1 34 14
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J4 7048 1 1 39 31
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 J5 1248 2 1 59 41
输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间 0 -1 0 0 0 0
运行结果：选中作业的作业名:J3
选中作业的作业名:J2
实验二 单处理器系统的进程调度
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一、实验目的
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器调度。
二、实验预备知识 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。
三、实验内容
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。实验具体包括：首先确定进程控制块的内容，进程控制块的组成方式；然后完成进程创建原语和进程调度原语；最后编写主函数对所做工作进行测试。
四、提示与讲解
这个实验主要考虑三个问题：如何组织进程、如何创建进程和如何实现处理器调度。
考虑如何组织进程，首先就要设定进程控制块的内容。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。这里的实验只使用了必不可少的信息。一般操作系统中，无论进行控制块中信息量多少，信息都可以大致分为以下四类： ? 标识信息
每个进程都要有一个惟一的标识符，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。 ? 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等。实验中，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。 ? 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器，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。现场信息就是处理器的相关寄存器内容，包跨通用寄存器、程序计数器和程序状态字寄存器等。在实验中，可选取几个寄存器作为代表。用大写的全局变量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。 ? 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、进程队列指针等。实验中，仅包括队列指针。
因此可将进程控制块结构定义如下：
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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，程序状态字寄存器内容 int next; //下一个京城控制块的位置 }
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。多道程序设计系统中，往往同时创建多个进程。在单个处理器的情况下，每次只能有一个进程处于运行态，其他的进程处于就绪状态或等待状态。为了便于管理，通常把处于相同状态的进程的进程控制块链接在一起。单处理器系统中，正在运行的进程只有一个。因此，单处理器系统中进程控制块分成一个正在运行进程的进程控制块、就绪进程的进程控制块组织成的就绪队列和等待进程的进程控制块组成的等待队列。由于实验模拟的是进程调度，没有对等待队列的操作，所以实验中只有一个指向正在运行进程的进程控制块指针和一个就绪进程控制块队列指。操作系统的实现中，系统往往在主存中划分出一个连续的专门区域存放系统的进程控制块，实验中应该用数组模拟这个专门的进程控制块区域，定义如下： #define n 10 //假定系统允许进程个数为10 struct pcb pcbarea[n]; //模拟进程控制块区域的数组
这样，进程控制块的链表实际上是数据结构中使用的静态链表。进程控制块的链接方式可以采用单向和双向链表，实验中，进程控制块队列采用单向不循环静态链表。为了管理空闲进程控制块，还应该将将空闲控制块链接成一个队列。
实验采用时间片轮转调度算法，这种算法是将进程控制块按照进入就绪队列的先后次序排成队列。关于就绪队列的操作就是从队头摘下一个进程控制块和从队尾挂入一个进程控制块。因此为就绪队列定义两个指针，一个头指针，指向就绪队列的第一个进程控制块；一个尾指针，指向就绪队列的最后一个进程控制块。
实验中指向运行进程的进程控制块指针、就绪队列指针和空闲进程控制块队列指针定义如下：
int run; //定义指向正在运行进程的进程控制块的指针 struct {
int head; int tail;
}ready; //定义指向就绪队列的头指针head和尾指针tail int pfree;//定义指向空闲进程控制块队列的指针
以上是如何组织进程，下面考虑如何创建进程。
进程创建是一个原语，因此在实验中应该用一个函数实现，进程创建的过程应该包括：
（1）申请进程控制块：进程控制块的数量是有限的，如果没有空闲进程控制块，则进程不能创建，如果申请成功才可以执行第二步；
（2）申请资源：除了进程控制块外，还需要有必要的资源才能创建进程，如果申请资源不成功，则不能创建进程，并且归还已申请的进程控制块；如果申请成功，则执行第三步，实验无法申请资源，故模拟程序忽略了申请资源这一步；
（3）填写进程控制块：将该进程信息写入进程控制块内，实验中只有进程标识符、进程状态可以填写，每个进程现场信息中的寄存器内容由于没有具体数
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操作系统 上机操作实验题目
