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操作系统进程调度模拟实验报告

一、实验目的

本实验旨在模拟单处理机环境下的进程调度问题，加深对操作系统核心算法的理解，特别是优先权法和轮转法。

二、实验内容与要求

1. 实验内容

2. 实验要求

三、流程图与模块调用

流程图展示了实验中的主要模块：

四、实验分析

1. 优先权法分析

• 核心机制：通过动态调整优先权，每次调度时优先执行优先权最高的进程。
• 数据结构：使用队列存储进程，采用每次降序排序根据优先权选择进程。
• 实现细节：
  • 每次执行时，减少当前正在运行进程的优先权。
  • 判断进程是否完成，或是否需要继续运行。
• 优缺点：
  • 优先权动态调整，适合处理I/O密集型任务。
  • 可能引起某些进程长时间留在系统，影响其他进程的执行。

2. 轮转法分析

• 核心机制：严格按到系统的先后顺序轮转，每个进程在得到必要时间后立即回到队列。
• 数据结构：使用队列存储进程，每次提前弹出并立即重新放回。
• 实现细节：
  • 每次取出一个进程，如果其时间片未用完，则逐个减少时间片并返回队列。
  • 若时间片用完，则标记为完成并永久从队列中移除。
• 优缺点：
  • 强调公平性，每个进程都有机会得到资源。
  • 可能导致长时间运行的进程占用过多CPU时间。

五、运行情况分析

1. 优先权法表现

• 实验显示，优先权法能够较好地通过对优先权的动态调整，提高高优先级进程的执行效率。
• 低优先级进程可能在空闲时被推送到队列，需定期检查并调整运行状态。
• 当高优先级进程完成时，其优先权是否及时减少，会直接影响后续调度和进程执行效率。

2. 轮转法表现

• 轮转法的运行较为稳定，确保每个进程按顺序获得处理机会。
• 长时间运行的进程可能反复出现在队列中，导致节外生枝。
• 优化策略需要定期检查队列中的进程状态，避免无效调度。

六、实验体会

七、附 priesty 代码

以下是基于Python实现的实验代码，用于模拟优先权法和轮转法的调度算法：

import operatorimport randomimport queueclass PCB:    def __init__(self, id, status, weight, needTime, rotelTimes):        self.id = id        self.status = status        self.weight = weight        self.needTime = needTime        self.rotelTimes = rotelTimesdef emptyQueue(Q):    while not Q.empty():        Q.get()def priority():    global Q, arr_pcb    emptyQueue(Q)    arr_pcb.sort(key=operator.attrgetter('weight'), reverse=True)    for index, item in enumerate(arr_pcb):        if item.needTime > 0:            Q.put(item)        if index > 0:            if item.status != 'finish':                item.status = 'ready'    if not Q.empty():        node = Q.get()        node.needTime -= 1        node.weight -= 3        if node.needTime > 0:            node.status = 'running'        elif node.needTime == 0:            node.status = 'finish'def rotel():    global arr_pcb    for a, item in enumerate(arr_pcb):        if item.needTime > 0:            for b, item2 in enumerate(arr_pcb):                if a != b:                    if item2.status == 'running':                        item2.status = 'ready'            item.status = 'running'            for j in range(item.rotelTimes):                if item.needTime > 0:                    item.needTime -= 1                    if item.needTime == 0:                        item.status = 'finish'                else:                    breakN = int(input('请输入需要创建的进程数目（4-8个）：'))arr_pcb = []for i in range(N):    status = random.randint(1, 10)    needTime = random.randint(1, 4)    rotelTimes = random.randint(1, 3)    arr_pcb.append(PCB(i, 'ready', status, needTime, rotelTimes))key = input('是否采用优先权？Y/N')if key == 'Y':    print('进程初始化完毕。')    for i in arr_pcb:        print(f'进程 {i.id}：{i.status}，优先权重 {i.weight}，需要时间片 {i.needTime}')    priority()    while not Q.empty():        priority()elif key == 'N':    print('进程初始化完毕。')    for i in arr_pcb:        print(f'进程 {i.id}：{i.status}，轮转次数 {i.rotelTimes}，需要时间片 {i.needTime}')    flag = 0    for item in arr_pcb:        if item.needTime > 0:            flag = 1    while flag:        rotel()

本实验通过对两种调度算法的深入研究，不仅加深了理论理解，还通过实际编码和调试提升了实践能力，为后续操作系统学习打下了坚实基础。

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