操作系统实验-CPU进程调度和内存分配 - java版

操作系统实验

第一期 项目开发实现

实验名称 EXP.1 CPU Scheduling

Exp.2 Allocation & Reclaim

实验内容

一，选择一个调度算法，实现处理机调度；

二，处理机调度过程中，主存储器空间的分配和回收；

实验目的

一,多道系统中，当就绪进程数大于处理机数时，须按照某种策略决定哪些进程优先占用处理机。本实验模拟实现处理机调度，以加深了解处理机调度的工作；

二，帮助了解在不同的存储管理方式下，应怎样实现主存空间的分配和回收；

实验题目

一，（1）设计一个按照优先权调度算法实现处理机调度的程序； （2）设计按时间片轮转实现处理机调度的程序；

二，在可变分区管理方式下，采用最先适应算法实现主存空间的分配和回收；

实验要求

一，（a），PCB内容： 进程名/PID； 要求运行时间（单位时间）； 优先权； 状态； PCB指针； ——(因课程内容原因，这个指针在设计中没用)

1，可随机输入若干进程，并按优先权排序；

2，从就绪队列首选进程运行：优先权-1/ 要求运行时间-1；要求运行时间=0时，

撤销该进程；

3，重新排序，进行下一轮调度； （b），最好采用图形界面；

（c）,可随时增加进程；

（d），规定道数，设置后备队列和挂起状态。若内存中进程数少于规定道数，可自动从后备队列调度一作业进入。被挂起进程如=入挂起队列，设置解挂功能用于将指定挂起进程解挂入就绪队列；

（e），每次调度后，显示各进程状态；

二，（a），自行假设主存空间大小，预设操作系统所占大小并构造未分分区表； 表目内容：起址、长度、状态（未分/空表目）

（b），结合实验一，PCB增加为：｛PID，要求运行时间，优先权，状态，所需内存大

小，主存起始位置，PCB指针（失效）｝； （C）采用最先适应算法分配主存空间；

（D），进程完成后，回收主存，并与相邻空闲分区合并；

实验过程及分析

1，

初步设计：

2， 详细设计：

（1）作业进入内存中，由CPU分配产生PCB属性，并通过PCB记录进程状态，实验即以PCB代表进程模拟调度过程；

（2）在多道系统中，多道系统中，当就绪进程数大于处理机数时，须按照某种策略决定哪些进程优先占用处理机，本实验采用优先级；

（3），进程调度时，规定若就绪队列进程数少于6个，则自动从后备队列调入一个作业；

（4），系统会将占有较多资源、预期结果不符合要求的进程自动挂起，并回收所占资源，而本实验设置为手动挂起；

（5），在适宜条件下，系统会将挂起的进程自动解挂，而且只解挂到就绪队列；本实验为简化操作，设置为手动解挂，若解挂条件合适（即CPU各种资源可用），则解挂到就绪队列，并分配内存；若解挂条件不适宜，则解挂至后备队列，但不分配内存（实际上这是不对的，因为作业进入内存，由CPU标记PCB后，不能撤销PCB再返回内存，除非该进程执行结束，但本程序为体现解挂的意思，还是错误地设计为可以解挂到后备队列，读者需注意，这个功能可以在代码中注销，另外也希望有高手可以改进）；

（b），实验程序设计：

（1），本实验采用java语言编程，并实现GUI界面显示；

（a），操作系统知识回顾：

（2），为体现java语言面对对象程序设计的特点，实验设计为ProcessPCB、MemoryItem类封装PCB和所分配的内存各自的属性与方法；用ProcessRecords、MemoryRecords类封装数组方法；用SingleCPUScheduling实现GUI界面显示； （3），ProcessPCB类中，定义PCB的进程名、要求运行时间、优先级、状态、主存起始位置、所需内存大小这6个属性，并定义各属性的get和set方法，定义equals方法用于对比类的属性，定义toString方法得到类属性的字符串，定义run方法封装优先权-1/ 要求运行时间-1的过程；MemoryItem类中，定义可分分区表每一可分记录的主存起始位置、内存大小及其get和set方法，定义toString方法得到可在界面显示的字符串；

（4），ProcessRecords封装PCB数组的添加元素addItem和删除元素removeItem方法，并构造函数getItem通过参数ProcessPCB和String查找数组元素，定义getNumberOfItems取数组大小，定义getItemsPriorities方法取所有数组元素的toString

方法用于界面显示，定义iterator方法取得数组的迭代器；

MemoryItem类中，定义Memory的内存起始位置和所需内存大小、、、、、、

（5），MemoryRecords用同样的设计思想封装以MemoryItem为数组元素的各属性和方法；

（6）SingleCPUScheduling类继承JFrame类，实现界面化显示；与上面相对应，实例化ProcessRecords（3次）和MemoryRecords（1次）作为私有变量，分别作为后备队列、就绪队列、挂起队列和内存可分分区表；在界面设计中，设计后备队列、挂起队列（附带解挂umount按钮）、就绪队列（附带挂起suspend按钮）可分分区表列表显示框，设置PCB添加框，附带添加至后备队列（addToBackup）、添加至就绪队列（addToReady）按钮，以及CPU当前执行状态显示框、系统日志显示框，和开始调度（systemStart）按钮，优先级和时间片单选按钮，以及时间片显示标签和文本编辑框； （7）界面设计详解；后备队列显示框用于显示已添加至后备队列的ProcessRecords属性信息，其中主存起始位置默认为-1，表示未分配；挂起队列显示框用于显示从就绪队列挂起的PCB，其中属性“主存起始位置”（MemoryBase）将由非负数变为-1，表示挂起后收回内存；就绪队列显示框中显示就绪队列属性，其中“主存起始位置”均为非负，表示一分配内存；PCB信息添加框分列PCB6个属性显示标签和可编辑文本框，和添加按钮，用于添加PCB；系统日志显示框附属时间片显示标签和可编辑文本编辑框，可由用户决定时间片大小；

对于实验一，界面如下：

以上由SingleCPUScheduling001.java（另需ProcessPCB.java和PCBRdecords.java） （8）附属功能添加完善；最重要的是为程序添加线程，使程序能以停顿一段时间的频率自动运行；后备队列、挂起队列添加total显示标签和不可编辑文本显示框，用于显示各自数组中元素数目，挂起队列附属删除（remove）按钮，可删除挂起队列中的元素；后备、挂起、就绪队列均添加监听器，用于响应用户单击操作，可以在PCB信息添加框显示用户单击的那一条PCB的信息；PCB信息添加框附属reset按钮，用于一键清空信息框中信息，方便输入；系统日志面板附属系统暂停（systemPause）和系统重置（systemReset）按钮，分别用于暂停运行（方便用户观察当前运行结果）和重置系统（方便用户重复使用程序，免去关闭后重启本程序的麻烦）；最终界面如图：

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