《操作系统》实验一：先来先服务FCFS和短作业优先SJF进程调度算法

【实验题目】：先来先服务FCFS和短作业优先SJF进程调度算法

【实验学时】：4学时

【实验目的】

通过这次实验，加深对进程概念的理解，进一步掌握进程状态的转变、进程调度的策略及对系统性能的评价方法。

【实验内容】

问题描述：

设计程序模拟进程的先来先服务FCFS和短作业优先SJF调度过程。假设有n个进程分别在T1, … ,Tn时刻到达系统，它们需要的服务时间分别为S1, … ,Sn。分别采用先来先服务FCFS和短作业优先SJF进程调度算法进行调度，计算每个进程的完成时间，周转时间和带权周转时间，并且统计n个进程的平均周转时间和平均带权周转时间。

程序要求如下：

1）进程个数n；每个进程的到达时间T1, … ,Tn和服务时间S1, … ,Sn；选择算法1-FCFS，2-SJF。

2）要求采用先来先服务FCFS和短作业优先SJF分别调度进程运行，计算每个进程的周转时间，带权周转时间，并且计算所有进程的平均周转时间，带权平均周转时间；

3）输出：要求模拟整个调度过程，输出每个时刻的进程运行状态，如“时刻3：进程B开始运行”等等；

4）输出：要求输出计算出来的每个进程的周转时间，带权周转时间，所有进程的平均周转时间，带权平均周转时间。

【源代码】复制到Pycharm或者jupyter notebook可以直接跑！！！

"""
先进先出算法，按照进程到达时间排序，首先把所有进程按到达时间进行排序
第一个到达的进程直接服务，后续进程要进行判断，判断该进程到达时间与前一个进程结束时间
若进程到达时间较迟，该进程开始时间等于该进程到达时间，
若进程到达时间较早，该进程开始时间等于前一个进程结束时间。
"""
def FCFS(pcb, n):pcb.sort(key=lambda x:x[1],reverse=False)  #按照到达时间升序排序#修改pcb中到达时间和完成时间for i in range(n):if i == 0:  #如果是第一个到达的进程starttime =int(pcb[i][1])  #开始时间等于第一个进程的到达时间pcb[i][3] = starttime      #修改第一个进程的开始时间pcb[i][4] = starttime + int(pcb[i][2])  #第一个进程的完成时间等于开始时间+服务时间elif (i > 0 and  int(pcb[i-1][4]) < int(pcb[i][1])):  #前一个进程的完成时间早于后一个进程的开始时间starttime = int(pcb[i][1])   #进程开始时间等于该进程到达时间pcb[i][3] = starttime   #修改开始时间为该进程到达时间pcb[i][4] = starttime + int(pcb[i][2])  #修改完成时间=开始时间+服务时间else:  #前一个进程的完成时间后于后一个进程的开始时间starttime = int(pcb[i-1][4])  #该进程开始时间等于前一进程完成时间pcb[i][3] = starttime #修改开始时间pcb[i][4] = starttime + int(pcb[i][2])  #修改完成时间=开始时间+服务时间#修改pcb中的带权时间和带权周转时间for i in range(n):pcb[i][5] = float(pcb[i][4] - int(pcb[i][1])) #带权时间=完成时间-到达时间pcb[i][6] = float(pcb[i][5] / int(pcb[i][2])) #带权周转时间=带权时间/服务时间#计算平均周转时间和平均带权周转时间zztime = 0dqzztime = 0for i in range(n):zztime = float(zztime + float(pcb[i][5]))  #周转时间之和dqzztime = float(dqzztime + float(pcb[i][6])) #带权周转时间之和average_zztime = float(zztime / n )average_dqzztime = float(dqzztime / n)#对pcb按照开始时间进行排序pcb.sort(key = lambda x:x[3], reverse = False)return pcb,average_zztime,average_dqzztime
"""
短作业优先算法按作业的服务时间排序，首先按到达时间排序，第一个进程被服务，开始时间等于进程到达时间
后续进程按服务时间进程排序"""
def SJF(pcb,n):sjf_pcb = []i = 1   #控制从第二个进程开始k = 0  #用于控制循环结束sjf_pcb = pcbsjf_pcb.sort(key=lambda x:x[1],reverse=False)  #按照到达时间升序排序#第一个到达的进程先服务，修改第一个进程的周转时间，带权周转时间starttime = int(sjf_pcb[0][1])   #开始时间等于第一个到达进程的开始时间pcb[0][3] = starttime   #修改第一个进程的开始时间pcb[0][4] = starttime + int(sjf_pcb[0][2])  #第一个进程的完成时间=开始时间+服务时间sjf_pcb[0][5] = int(sjf_pcb[0][4]) - int(sjf_pcb[0][1])  #计算周转时间=完成时间-到达时间sjf_pcb[0][6] = float(sjf_pcb[0][5]) / int(sjf_pcb[0][2])  #计算带权周转时间=周转时间/服务时间#从第二个进程开始，按服务时间进行排序temp_pcb = sjf_pcb[1:len(sjf_pcb)]   #临时存放 temp_pcb.sort(key=lambda x: x[2], reverse=False)  #按服务时间进行升序排序sjf_pcb[1:len(sjf_pcb)] = temp_pcb   #修改原先进程队列，保存按服务时间排序后的进程顺序#从第二个进程开始while(i < n):h = 1# 比较到达时间和前一者的完成时间while(int(sjf_pcb[i][1]) >= int(sjf_pcb[i - 1][4])):  #当前进程到达时间迟于上一个进程完成时间，开始时间要相应推迟if i == n - 1:    #如果当前进程是已到达最后一个进程,直接修改进程时间startTime = sjf_pcb[i][1]  #开始时间=当前进程到达时间sjf_pcb[i][3] = starttime  #开始时间sjf_pcb[i][4] = starttime + int(sjf_pcb[i][2]) #完成时间=开始时间+服务时间sjf_pcb[i][5] = int(sjf_pcb[i][4]) - int(sjf_pcb[i][1]) #周转时间=完成时间-到达时间sjf_pcb[i][6] = float(sjf_pcb[i][5]) / int(sjf_pcb[i][2]) #带权周转时间=周转时间/服务时间k = 1      #说明已经服务完已到达的最后一个进程，可以跳出当前while循环breakelse:      #如果当前进程不是最后一个进程，服务完之后，还要对进程顺序重新进行调换temp_sjf_pcb = sjf_pcb[i]  #把未被服务的进程放在sjf_pcb列表末尾，便于后续排序sjf_pcb[i] = sjf_pcb[i+h]sjf_pcb[i+h] = temp_sjf_pcbh += 1if h >= n - i - 1:  #说明前面的进程完成之后，还有新的进程没有到达，重新排序（可能新到达的进程服务时间更短）temp_pcb2 = sjf_pcb[i:len(sjf_pcb)]  temp_pcb2.sort(key=lambda x: x[1], reverse=False)   # 后续队列重新按照到达时间顺序进行排序sjf_pcb[i:len(sjf_pcb)] = temp_pcb2sjf_pcb[i][3] = int(sjf_pcb[i][1])  #开始时间=该进程的到达时间sjf_pcb[i][4] = int(sjf_pcb[i][1]) + int(sjf_pcb[i][2]) #完成时间=该进程到达时间+服务时间sjf_pcb[i][5] = int(sjf_pcb[i][4]) - int(sjf_pcb[i][1]) #周转时间=该进程完成时间-到达时间sjf_pcb[i][6] = float(sjf_pcb[i][5]) / int(sjf_pcb[i][2]) #带权周转时间=完成时间/服务时间temp_pcb2 = sjf_pcb[i + 1:len(sjf_pcb)]  #保存后续未服务进程temp_pcb2.sort(key=lambda x: x[2], reverse=False)  # 对未服务的进程重新按照服务时间排序sjf_pcb[i + 1:len(sjf_pcb)] = temp_pcb2  #修改进程队列h = 1i += 1else:continueif(k == 1): #说明进程服务完成breakelse:    #上一进程结束时，该短进程已经到达，对进程进行时间修改starttime = sjf_pcb[i - 1][4]  #开始时间=前一个进程的完成时间sjf_pcb[i][3] = starttime #开始时间sjf_pcb[i][4] = starttime + int(sjf_pcb[i][2])  #完成时间=开始时间+服务时间sjf_pcb[i][5] = int(sjf_pcb[i][4]) - int(sjf_pcb[i][1])sjf_pcb[i][6] = float(sjf_pcb[i][5]) / int(sjf_pcb[i][2])i += 1# 计算平均周转时间和平均带权周转时间zztime = 0dqzztime = 0for i in range(n):zzTime = float(zztime + float(pcb[i][5]))dqzzTime = float(dqzztime + float(pcb[i][6]))average_zztime = float(zzTime / n)average_dqzztime = float(dqzzTime / n)# 输出结果，按照开始时间进行排序sjf_pcb.sort(key=lambda x: x[3], reverse=False)return pcb,average_zztime,average_dqzztimedef main():#实现先来先服务pcb = []#确认进程数n = int(input("请输出进程个数"))#输入到达时间和服务时间for i in range(n):pname = input("请输入第"+str(i+1)+"个进程名：")arrivetime = input("请输入到达时间：")servicetime = input("请输入服务时间：")pcb.append([pname,arrivetime,servicetime,0,0,0,0]) #开始，完成，周转，带权周转suanfa = input("请输入你想要执行的算法（FCFS或者SJF）")if suanfa=='FCFS':pcb,average_zztime,average_dqzztime = FCFS(pcb,n)else:pcb,average_zztime,average_dqzztime = SJF(pcb,n)#输出结果for i in range(n):print("进程名: %s    开始时间: %d    完成时间: %d    周转时间: %d    带权周转时间: %.2f    " \% (pcb[i][0], int(pcb[i][3]), int(pcb[i][4]), int(pcb[i][5]), float(pcb[i][6])))print("本次调度的平均周转时间为： %.2f" % float(average_zztime))print("本次调度的平均带权周转时间为： %.2f" % float(average_dqzztime))main()

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