处理机调度算法模拟实验——FCFS算法，SJF调度算法

处理机调度算法模拟实验

一、实验目的

本实验模拟在单处理机情况下的处理机调度算法，用某种编程语言实现先来先服务和最短作业优先调度算法的模拟。

二、实验原理

1、先来先服务调度算法原理：
先来先服务调度算法，类似于队列，先进先出，后进后出。

输入进程后依据进程的提交时间进行排序。

1．怎么计算每个作业的运行时间？运行时间就是作业需要运行的时间。

2．怎么计算每个作业的结束时间？

先维护一个成员变量作为当前时间，

当前时间初始化为第一个作业进入的时间

每进入一个作业，当前时间就加上该作业的运行时间

每个作业的结束时间就是当前时间。

3．怎么计算周转时间？

周转时间=作业结束时间—作业提交时间。

4．怎么计算平均周转时间？

平均周转时间=周转时间/作业个数。

2、短作业优先调度算法原理为：
在作业调度中，该算法每完成一个作业，就从后续所有到达队列的作业中找到运转时间最短的一个调入内存，分配必要的资源，创建进程并放入就绪队列。SJF是非抢占式的调度算法，优先照顾短作业，具有较好的性能，降低了平均等待时间，提高作业的吞吐量。但另一方面，由于短作业优先，长作业可能超时间处于等待状态，不能用于实时系统。

先输入所有作业的条件，录入到顺序表中

对所有作业按到达时间排序，将到达时间最小的作业调入内存

然后将剩下作业按运转时间升序排序，依次进入内存作业

结束后输出作业时间，平均周转时间

三、实验要求

上机前必须认真的做好准备，了解FCFS和短作业优先调度算法原理；

四、实验内容

1、问题描述

假设有三个作业，他们的作业号、提交时间、需要运行的时间如下：

作业号	提交时间	需要运行的时间
1	0	6
2	2	4
3	3	2

（1）如果使用FCFS调度算法，请问这三个作业的执行顺序是什么样的，并基于此执行顺序计算它们的周转时间、平均周转时间，计算后将结果填入下表。

三个作业的执行情况分析（FCFS）：

作业执行顺序	提交时间	运行时间	开始时间	结束时间	周转时间	平均周转时间
1	0	6	0	6	6	7.6
2	2	4	6	10	8
3	3	2	10	12	9

（2）如果使用短作业优先调度算法，请问这三个作业的执行顺序是什么样的，并基于此执行顺序计算它们的周转时间、平均周转时间，计算后将结果填入下表。

三个作业的执行情况分析（SJF）：

作业执行顺序	提交时间	运行时间	开始时间	结束时间	周转时间	平均周转时间
1	0	6	0	6	6	7
3	3	2	6	8	5
2	2	4	8	12	10

2、代码设计

用某种编程语言模拟FCFS和SJF调度算法，加深对进程调度算法的认识，并将代码复制粘贴在本段下方。要求程序首先由用户输入要运行的作业数，然后选择进程调度算法，并依次输入各个作业的基本信息，包括作业号、提交作业时间、需要运行的时间，代码会分析整个作业调度执行过程，并计算出各个作业的开始执行时间、结束运行时间、周转时间、平均周转时间。

FCFS算法：

Main类：

package fcfs;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Scanner;public class Main {public static void main(String[] args) {Scanner sc = new Scanner(System.in);ArrayList<Work> works = new ArrayList<>(); //储存作业System.out.println("请输入作业个数");int n = sc.nextInt();//把需要进行的作业添加到worksfor (int i = 0; i < n; i++) {System.out.println("请输入作业的编号、提交时间、运行时间");int id = sc.nextInt();int startTime = sc.nextInt();int runTime = sc.nextInt();Work work = new Work(id,startTime,runTime);works.add(work);}LinkSort(works,0,works.size()-1);double time = works.get(0).getStartTime();double turnvoerTimeSum=0;//每个作业的值for (Work work : works) {if(time<work.getStartTime()) time = work.getStartTime();work.setStartRunTime(time);time += work.getRunTime();work.setFinalTime(time);work.setTurnoverTime(time-work.getStartTime());turnvoerTimeSum+=work.getTurnoverTime();}double turnvoerTimeAverage=turnvoerTimeSum/n;System.out.println("编号\t\t\t提交时间\t\t\t开始时间\t\t\t运行时间\t\t\t结束时间\t\t\t周转时间");for (Work work : works) {workOut(work);}System.out.println("平均周转时间为："+turnvoerTimeAverage);}//根据作业的提交时间进行排序public static void LinkSort(ArrayList<Work> works,int l,int r){if(l>=r) return ;Work x = works.get(l+r>>1);int i = l-1,j = r+1;while(i<j){do i++;while(works.get(i).getStartTime()<x.getStartTime());do j--;while(works.get(j).getStartTime()>x.getStartTime());Collections.swap(works,i,j);}LinkSort(works,l,j);LinkSort(works,j+1,r);}public static void workOut(Work work){System.out.println(work.getId()+"   "+work.getStartTime()+"   "+work.getStartRunTime()+"   "+work.getRunTime()+"   "+work.getFinalTime()+"   "+work.getTurnoverTime());}
}

Work类：

package fcfs;public class Work {private int id;private double startTime;private double startRunTime;public double getStartRunTime() {return startRunTime;}public void setStartRunTime(double startRunTime) {this.startRunTime = startRunTime;}private double runTime;private double finalTime;private double turnoverTime;public double getFinalTime() {return finalTime;}public void setFinalTime(double finalTime) {this.finalTime = finalTime;}public double getTurnoverTime() {return turnoverTime;}public void setTurnoverTime(double turnoverTime) {this.turnoverTime = turnoverTime;}public Work(int id, double startTime, double runTime) {this.id = id;this.startTime = startTime;this.runTime = runTime;}public int getId() {return id;}public void setId(int id) {this.id = id;}public double getStartTime() {return startTime;}public void setStartTime(double startTime) {this.startTime = startTime;}public double getRunTime() {return runTime;}public void setRunTime(double runTime) {this.runTime = runTime;}}

SJF调度算法：

#include <iostream>#include<algorithm>using namespace std;string name;int reachtime;int usetime;double averagewaittime;int alltime = 0;class node{public:int name;//作业名 到达时间 运行时间 开始运行时间 结束运行时间 周转时间 是否运行过int reachtime;int usetime;int starttime;int useendtime;int waittime;bool yn;};node* arr = new node[100];node* brr = new node[100];void push(int x){cout << "请输入作业号 进入时间 作业时间" << endl;for (int i = 0; i < x; i++){cin >> arr[i].name >> arr[i].reachtime >> arr[i].usetime;arr[i].yn = 1;}}bool cmp1(node cs1, node cs2)//重载sort，到达时间 运行时间 作业名{return cs2.reachtime > cs1.usetime;}bool cmp2(node cs1, node cs2){return cs1.usetime < cs2.usetime;}bool cmp3(node cs1, node cs2){return cs1.name < cs2.name;}int main(){int x, xcode, i = 1;cout << "作业总数为：" << endl;cin >> x;xcode = x ;push(x);sort(arr, arr + x, cmp1);arr[0].starttime = arr[0].reachtime;arr[0].useendtime = arr[0].reachtime + arr[0].usetime;arr[0].waittime = arr[0].useendtime - arr[0].reachtime;arr[0].yn = 0;alltime += arr[0].useendtime;sort(arr + 1, arr + x, cmp2);while (xcode-1){if (arr[i].reachtime <= alltime && arr[i].yn == 1){arr[i].starttime = alltime;arr[i].useendtime = arr[i].usetime + alltime;arr[i].waittime = arr[i].useendtime - arr[i].reachtime;alltime = arr[i].useendtime;xcode--;i++;}else if (arr[i].reachtime > alltime && arr[i].yn == 1){alltime = arr[i].reachtime;arr[i].useendtime = arr[i].usetime + alltime;arr[i].waittime = arr[i].usetime;arr[i].starttime = alltime;alltime = arr[i].useendtime;xcode--;i++;}else if (arr[i].yn == 0){i++;}else if (i >= x){i = 1;}}sort(arr, arr + x, cmp3);cout << "以下分别为作业号 提交时间 需要运行的时间 开始运行时间 运行结束时间 周转时间" << endl;for (int cx = 0; cx < x; cx++){cout << arr[cx].name << " " << arr[cx].reachtime << " " << arr[cx].usetime << " " << arr[cx].starttime << " " << arr[cx].useendtime << " " << arr[cx].waittime << endl;averagewaittime += arr[cx].waittime;}averagewaittime = averagewaittime / (double)x;cout << "平均周转时间为：" << averagewaittime << endl;return 0;}

3、实验验证

用编写好的代码验证实验内容1中作业的执行情况，看代码运行结果是否与之前的分析计算结果一致，并将执行界面进行截图。

（1）FSFC调度算法

（2）SJF调度算法

五、实验中遇到的问题及解决方法，以及对作业的自我评价和反思。

FCFS 先来先服务：优点:公平、算法实现简单; 缺点:排在长作业（进程）后面的短作业需要等待很长时间，带权周转时间很大，对短作业来说用户体验不好。即，FCFS算法对长作业有利，对短作业不利

SJF 短作业优先：优点:“最短的”平均等待时间、平均周转时间。缺点:不公平。对短作业有利，对长作业不利。可能产生饥饿现象。另外，作业/进程的运行时间是由用户提供的，并不一定真实，不一定能做到真正的短作业优先。如果源源不断地有短作业/进程到来，可能使长作业/进程长时间得不到服务，产生“饥饿”现象。如果一直得不到服务，则称为“饿死”

通过这次实验，加深了我对于不同种处理机调度算法的理解，包括不同算法的原理，特点，优缺点等。通过实际的测试用例，让我们对不同调度算法的工作流程和规则更加熟悉。同时，也提升了自己的编程能力，受益匪浅。

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