实验3：使用时间片轮转和优先权进程调度算法模拟 实验目的： 通过模拟进程调度算法加深对进程调度的理解 实验内容： （1）用C/C++/JAVA等语言来实现对N个进程采用优先权调度和时间片轮转调度。 （2）每个用来标识进程的进程控制块PCB用结构来描述，可能需要包括以下字段（根据需要删减，不用的成员可以删除掉）： 进程标识数 ID。 进程优先数 PRIORITY，并规定优先数越小的进程，其优先权越高。 进程已占用的CPU时间CPUTIME。（初始都为0） 进程总的需要运行的时间ALLTIME。 进程剩余运行时间remainTime, 当进程运行完毕时，remainTime变为0。 进程的结束时间finishTime, 当进程结束时，“系统”的时间，计算周转时间用 进程状态STATE。（就绪，运行，结束，根据需要决定是否使用） （3）输出 为观察进程调度是否正确，应输出进程的“执行”过程。但是注意，我们是模拟进程执行，所以进程并不会真正“执行”，只是输出进程执行的先后顺序，和进程执行，结束的时间点。 对于时间片轮转，应该每个时间片输出一次 ---------------------------------------------------------- Id pri cpuTime allTime 0 4 3 4 1 3 2 6 0 4 3 4 ....... 对于优先权调度，每次调度输出一次，进行的结束时间，依次输出调度进程的信息 最后输出进程的周转时间，带权周转时间和系统平均周转时间等 （4）实验数据（来自于第二章的作业） 假设就绪队列中有如下5个进程，初始时状态如下 作业 执行时间  优先数 ----------------------  1     10        3  2      6        1  3      2        4  4      4        5  5      8        2 如果使用时间片调度算法，请自行设定时间片（如1，2等），并比较不同时间片下的周转时间等,输出调度进程的信息,进程的周转时间，带权周转时间和系统平均周转时间等 （5） 实验设计： 实验的小数据量使用数组或链表都可以，但考虑到真实的应用经常要删除和添加PCB，应该使用链表，如果涉及动态的插入删除，并且需要随时找最大/最小，也可以考虑用树/堆等其他数据结构（如C++中的优先级队列）。 参考流程图如下： (6)提高要求： 6.1 给每个进程增加“到达”时间，重新计算优先级调度的各个结果，并验证结果是否正确(周转时间，带权周转时间等) 提示：为方便处理，可以使用多个队列：已到的，未到的 除了一般情况的到达时间，还需要考虑两种特殊情况：0时刻没有进程来；某个进程结束后还其他进程还没来 用如下几组数据，如： 到达时间 运行时间 优先级 3 2 3 6 2 1 0 1 2 3 3 1 等测试 6.2 考虑是否可以实现“抢占”优先级调度？提示：每个时间单位重新检测 提高要求：测试和比较： 随机产生100个进程（需要考虑随机数的范围），用你写的不同的调度算法去调度，比较他们的平均周转时间，平均带权周转时间，看看是否和理论分析一致。 实验小组讨论话题： 1.其他调度算法的模拟 2.使用“多线程”更真实的模拟（用一个线程调度，一个线程随机产生待调度的“进程”） 3.是否可以加入其他的状态模拟，比如“阻塞”（进程PCB中给出阻塞时间） 4.真实的操作系统调度代码所考虑的问题，和我们写的模拟代码的区 请用c语言完成上面的实验

<think>嗯，用户之前遇到了生成的.exe文件无法打开的问题，现在他们不仅想解决这个问题，还想了解如何用C语言实现进程调度算法，包括优先权调度和时间片轮转调度，同时满足实验要求。我需要综合之前的回答和新的引用内容来提供帮助。 首先，用户提到的.exe文件打不开的问题，之前分析是变量重复声明导致的编译错误。需要再次确认代码中的变量作用域，比如在循环中是否重复声明了同一个变量。例如，在for循环中使用int i，而外部已经声明了i，这会导致编译错误，进而生成的可执行文件无法运行。需要指导用户检查代码中的变量声明，确保同一作用域内没有重复声明。接下来，用户需要实现两种调度算法。根据引用内容，优先权调度算法需要按照优先级选择进程，而时间片轮转则按时间片分配CPU。代码中已经有这两种算法的实现，但可能存在错误。比如在优先权调度中，是否正确处理了进程的就绪队列？时间片轮转的队列管理是否正确，比如进程未完成时是否重新入队？实验要求包括输出调度过程和计算周转时间等指标。需要确保代码中在每个调度事件发生时打印相关信息，并在进程结束时计算并存储周转时间和带权周转时间。例如，在优先权调度中，每次调度进程时输出开始和结束时间；在时间片轮转中，每个时间片执行后输出剩余时间。生成.exe文件无法打开的问题，除了变量声明，还需检查编译命令是否正确，是否有未解决的编译错误或警告。用户可能没有使用正确的编译选项，或者编译器本身有问题。建议用户使用gcc并加上-Wall和-Wextra选项来显示所有警告，帮助定位问题。 另外，代码中的resetProcesses函数是否正确重置了进程的状态？在时间片轮转中，队列的操作是否正确，比如队列大小的管理，避免数组越界。例如，在roundRobinScheduling函数中，queueSize的处理是否正确，特别是在进程重新入队时是否增加了queueSize的值。用户可能还希望了解如何优化调度算法，比如动态优先级调整或可变时间片。引用中提到时间片大小对系统性能的影响，这可以作为提高要求的一部分，建议用户实现动态调整时间片或优先级的机制。 最后，确保代码示例正确，并指导用户逐步调试。例如，在优先权调度中，使用循环查找最高优先级的进程，处理可能存在的多个相同优先级的情况。在时间片轮转中，正确模拟时间片的中断和进程切换。总结来说，用户需要分步骤解决编译问题，验证调度算法的正确性，确保输出符合实验要求，并处理可能的边界情况，如所有进程同时到达或不同到达时间的情况。同时，提供相关的调试技巧和性能分析建议，帮助用户深入理解调度算法的影响因素。</think>### 一、进程调度算法实现要点分析 #### 1. 优先权调度算法实现 **核心逻辑**： - 每次选择就绪队列中优先级最高的进程 - 需要处理优先级相同的情况（可结合FCFS策略）[^1][^3] - 计算关键指标： - 周转时间 $T = t_{\text{finish}} - t_{\text{arrive}}$ - 带权周转时间 $W = T / t_{\text{all}}$ **数据结构优化**： ```c typedef struct { int pid; int priority; // 优先数越小优先级越高 int burst_time; int remaining_time; int arrival_time; int finish_time; } Process; ``` #### 2. 时间片轮转调度实现 **关键机制**： - 时间片中断模拟：通过循环计数器实现 - 队列管理：使用环形队列或动态数组维护就绪队列[^4] - 时间片结束时未完成进程重新入队 **时间片选择建议**： - 根据实验要求设置典型值（如2-5个时间单位） - 可设计对比实验观察不同时间片的影响[^4] --- ### 二、代码实现与问题修复 #### 1. 优先权调度修正代码 ```c void priority_schedule(Process *procs, int n) { int time = 0, completed = 0; while (completed < n) { int next = -1, min_priority = INT_MAX; // 选择最高优先级进程 for (int i = 0; i < n; i++) { if (procs[i].arrival_time <= time && procs[i].remaining_time > 0 && procs[i].priority < min_priority) { min_priority = procs[i].priority; next = i; } } if (next == -1) { time++; continue; } // 执行直到完成 time += procs[next].remaining_time; procs[next].finish_time = time; procs[next].remaining_time = 0; completed++; // 输出调度信息 printf("进程%d 完成时间: %d 周转时间: %d\n", procs[next].pid, time, time - procs[next].arrival_time); } } ``` #### 2. 时间片轮转修正代码 ```c void rr_schedule(Process *procs, int n, int quantum) { Queue *q = create_queue(n); int time = 0, completed = 0; // 初始化队列 for (int i = 0; i < n; i++) enqueue(q, &procs[i]); while (!is_empty(q)) { Process *p = dequeue(q); int exec_time = min(quantum, p->remaining_time); // 执行时间片 printf("[%d-%d] 进程%d 执行%d单位时间\n", time, time+exec_time, p->pid, exec_time); time += exec_time; p->remaining_time -= exec_time; // 更新完成状态 if (p->remaining_time == 0) { p->finish_time = time; completed++; } else { enqueue(q, p); } } // 计算指标 for (int i = 0; i < n; i++) { int tat = procs[i].finish_time - procs[i].arrival_time; float wtat = (float)tat / procs[i].burst_time; printf("进程%d 周转时间: %d 带权周转: %.2f\n", procs[i].pid, tat, wtat); } } ``` --- ### 三、.exe文件问题解决方案 #### 1. 编译错误排查 **常见错误示例**： ```c // 错误：同一作用域重复声明 void func() { int i; for (int i=0; i<5; i++) { /*...*/ } // 触发C2086错误 } // 正确写法 void func() { int i; for (i=0; i<5; i++) { /*...*/ } } ``` **编译命令建议**： ```bash gcc -Wall -Wextra -pedantic scheduler.c -o scheduler.exe ``` #### 2. 运行时错误处理 | 错误类型 | 检测方法 | 解决方案 | |---------|---------|---------| | 内存越界 | 使用Valgrind检测 | 检查数组索引范围 | | 空指针访问 | 增加NULL检查 | 初始化指针时赋初值 | | 死循环 | 输出调试日志 | 设置最大循环次数限制 | --- ### 四、实验要求实现方案 #### 1. 基础功能实现 ```mermaid graph TD A[初始化进程控制块] --> B{调度算法选择} B -->|优先权| C[构建优先级队列] B -->|RR| D[构建FIFO队列] C --> E[执行调度] D --> E E --> F[计算性能指标] F --> G[输出结果] ``` #### 2. 提高要求实现建议 1. **动态优先级调整**： 每次时间片结束后按公式调整优先级： $$P_{\text{new}} = P_{\text{old}} + \alpha \cdot t_{\text{wait}}$$ 其中$\alpha$为调节系数，$t_{\text{wait}}$为等待时间 2. **可变时间片策略**： 根据剩余进程数动态调整时间片： $$Q_{\text{new}} = \frac{T_{\text{total}}}{N_{\text{proc}}}$$ 其中$T_{\text{total}}$为总剩余时间，$N_{\text{proc}}$为就绪进程数 --- ### 五、调试与测试方法 #### 1. 测试用例设计 | 测试场景 | 输入参数 | 预期结果 | |---------|---------|---------| | 所有进程同时到达 | 到达时间=0 | 验证调度顺序正确性 | | 不同优先级混合 | 优先级差异>2 | 高优先级进程优先完成 | | 长进程后跟短进程 | 突发时间差>50% | 验证抢占是否发生 | #### 2. 性能分析方法 - **吞吐量计算**： $$\text{Throughput} = \frac{N_{\text{completed}}}{T_{\text{total}}}$$ - **平均等待时间**： $$W_{\text{avg}} = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} (t_{\text{start}}^{(i)} - t_{\text{arrive}}^{(i)})$$ --- ###