操作系統(tǒng)實驗-CPU進程調(diào)度和內(nèi)存分配 java版.doc

操作系統(tǒng)實驗第一期 項目開發(fā)實現(xiàn)實驗名稱 EXP.1 CPU Scheduling Exp.2 Allocation & Reclaim實驗內(nèi)容 一，選擇一個調(diào)度算法，實現(xiàn)處理機調(diào)度；二，處理機調(diào)度過程中，主存儲器空間的分配和回收；實驗?zāi)康囊?多道系統(tǒng)中，當就緒進程數(shù)大于處理機數(shù)時，須按照某種策略決定哪些進程優(yōu)先占用處理機。本實驗?zāi)M實現(xiàn)處理機調(diào)度，以加深了解處理機調(diào)度的工作；二，幫助了解在不同的存儲管理方式下，應(yīng)怎樣實現(xiàn)主存空間的分配和回收；實驗題目一，（1）設(shè)計一個按照優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法實現(xiàn)處理機調(diào)度的程序； （2）設(shè)計按時間片輪轉(zhuǎn)實現(xiàn)處理機調(diào)度的程序；二，在可變分區(qū)管理方式下，采用最先適應(yīng)算法實現(xiàn)主存空間的分配和回收；實驗要求一，（a），PCB內(nèi)容： 進程名/PID； 要求運行時間（單位時間）； 優(yōu)先權(quán)； 狀態(tài)； PCB指針； (因課程內(nèi)容原因，這個指針在設(shè)計中沒用) 1，可隨機輸入若干進程，并按優(yōu)先權(quán)排序； 2，從就緒隊列首選進程運行：優(yōu)先權(quán)-1/ 要求運行時間-1；要求運行時間=0時，撤銷該進程； 3，重新排序，進行下一輪調(diào)度； （b），最好采用圖形界面； （c）,可隨時增加進程； （d），規(guī)定道數(shù)，設(shè)置后備隊列和掛起狀態(tài)。若內(nèi)存中進程數(shù)少于規(guī)定道數(shù)，可自動從后備隊列調(diào)度一作業(yè)進入。被掛起進程如=入掛起隊列，設(shè)置解掛功能用于將指定掛起進程解掛入就緒隊列； （e），每次調(diào)度后，顯示各進程狀態(tài)；二，（a），自行假設(shè)主存空間大小，預(yù)設(shè)操作系統(tǒng)所占大小并構(gòu)造未分分區(qū)表； 表目內(nèi)容：起址、長度、狀態(tài)（未分/空表目） （b），結(jié)合實驗一，PCB增加為：PID，要求運行時間，優(yōu)先權(quán)，狀態(tài)，所需內(nèi)存大小，主存起始位置，PCB指針（失效）； （C）采用最先適應(yīng)算法分配主存空間； （D），進程完成后，回收主存，并與相鄰空閑分區(qū)合并；實驗過程及分析1， 初步設(shè)計：2， 詳細設(shè)計： （a），操作系統(tǒng)知識回顧：（1）作業(yè)進入內(nèi)存中，由CPU分配產(chǎn)生PCB屬性，并通過PCB記錄進程狀態(tài)，實驗即以PCB代表進程模擬調(diào)度過程；（2）在多道系統(tǒng)中，多道系統(tǒng)中，當就緒進程數(shù)大于處理機數(shù)時，須按照某種策略決定哪些進程優(yōu)先占用處理機，本實驗采用優(yōu)先級；（3），進程調(diào)度時，規(guī)定若就緒隊列進程數(shù)少于6個，則自動從后備隊列調(diào)入一個作業(yè)；（4），系統(tǒng)會將占有較多資源、預(yù)期結(jié)果不符合要求的進程自動掛起，并回收所占資源，而本實驗設(shè)置為手動掛起；（5），在適宜條件下，系統(tǒng)會將掛起的進程自動解掛，而且只解掛到就緒隊列；本實驗為簡化操作，設(shè)置為手動解掛，若解掛條件合適（即CPU各種資源可用），則解掛到就緒隊列，并分配內(nèi)存；若解掛條件不適宜，則解掛至后備隊列，但不分配內(nèi)存（實際上這是不對的，因為作業(yè)進入內(nèi)存，由CPU標記PCB后，不能撤銷PCB再返回內(nèi)存，除非該進程執(zhí)行結(jié)束，但本程序為體現(xiàn)解掛的意思，還是錯誤地設(shè)計為可以解掛到后備隊列，讀者需注意，這個功能可以在代碼中注銷，另外也希望有高手可以改進）；（b），實驗程序設(shè)計： （1），本實驗采用java語言編程，并實現(xiàn)GUI界面顯示； （2），為體現(xiàn)java語言面對對象程序設(shè)計的特點，實驗設(shè)計為ProcessPCB、MemoryItem類封裝PCB和所分配的內(nèi)存各自的屬性與方法；用ProcessRecords、MemoryRecords類封裝數(shù)組方法；用SingleCPUScheduling實現(xiàn)GUI界面顯示； （3），ProcessPCB類中，定義PCB的進程名、要求運行時間、優(yōu)先級、狀態(tài)、主存起始位置、所需內(nèi)存大小這6個屬性，并定義各屬性的get和set方法，定義equals方法用于對比類的屬性，定義toString方法得到類屬性的字符串，定義run方法封裝優(yōu)先權(quán)-1/ 要求運行時間-1的過程；MemoryItem類中，定義可分分區(qū)表每一可分記錄的主存起始位置、內(nèi)存大小及其get和set方法，定義toString方法得到可在界面顯示的字符串； （4），ProcessRecords封裝PCB數(shù)組的添加元素addItem和刪除元素removeItem方法，并構(gòu)造函數(shù)getItem通過參數(shù)ProcessPCB和String查找數(shù)組元素，定義getNumberOfItems取數(shù)組大小，定義getItemsPriorities方法取所有數(shù)組元素的toString方法用于界面顯示，定義iterator方法取得數(shù)組的迭代器； （5），MemoryRecords用同樣的設(shè)計思想封裝以MemoryItem為數(shù)組元素的各屬性和方法； （6）SingleCPUScheduling類繼承JFrame類，實現(xiàn)界面化顯示；與上面相對應(yīng)，實例化ProcessRecords（3次）和MemoryRecords（1次）作為私有變量，分別作為后備隊列、就緒隊列、掛起隊列和內(nèi)存可分分區(qū)表；在界面設(shè)計中，設(shè)計后備隊列、掛起隊列（附帶解掛umount按鈕）、就緒隊列（附帶掛起suspend按鈕）可分分區(qū)表列表顯示框，設(shè)置PCB添加框，附帶添加至后備隊列（addToBackup）、添加至就緒隊列（addToReady）按鈕，以及CPU當前執(zhí)行狀態(tài)顯示框、系統(tǒng)日志顯示框，和開始調(diào)度（systemStart）按鈕，優(yōu)先級和時間片單選按鈕，以及時間片顯示標簽和文本編輯框； （7）界面設(shè)計詳解；后備隊列顯示框用于顯示已添加至后備隊列的ProcessRecords屬性信息，其中主存起始位置默認為-1，表示未分配；掛起隊列顯示框用于顯示從就緒隊列掛起的PCB，其中屬性“主存起始位置”（MemoryBase）將由非負數(shù)變?yōu)?1，表示掛起后收回內(nèi)存；就緒隊列顯示框中顯示就緒隊列屬性，其中“主存起始位置”均為非負，表示一分配內(nèi)存；PCB信息添加框分列PCB6個屬性顯示標簽和可編輯文本框，和添加按鈕，用于添加PCB；系統(tǒng)日志顯示框附屬時間片顯示標簽和可編輯文本編輯框，可由用戶決定時間片大小； 對于實驗一，界面如下： Pause和reset暫時失效，將在實驗2中完成；以上由SingleCPUScheduling001.java（另需ProcessPCB.java和PCBRdecords.java）（8）附屬功能添加完善；最重要的是為程序添加線程，是程序能以停頓一段時間的頻率自動此技術(shù)是參閱資料和高手的代碼學(xué)來的，本人將在第二期的代碼分析和評估中給出，并鄭重聲明、尊重原著的知識產(chǎn)權(quán)！運行；后備隊列、掛起隊列添加total顯示標簽和不可編輯文本顯示框，用于顯示各自數(shù)組中元素數(shù)目，掛起隊列附屬刪除（remove）按鈕，可刪除掛起隊列中的元素；后備、掛起、就緒隊列均添加監(jiān)聽器，用于響應(yīng)用戶單擊操作，可以在PCB信息添加框顯示用戶單擊的那一條PCB的信息；PCB信息添加框附屬reset按鈕，用于一鍵清空信息框中信息，方便輸入；系統(tǒng)日志面板附屬系統(tǒng)暫停（systemPause）和系統(tǒng)重置（systemReset）按鈕，分別用于暫停運行（方便用戶觀察當前運行結(jié)果）和重置系統(tǒng)（方便用戶重復(fù)使用程序，免去關(guān)閉后重啟本程序的麻煩）；最終界面如圖：實驗結(jié)果報告級分析1， 程序完成了實驗所有的基本要求；2， 本程序還存在一些技術(shù)上的問題，使得程序不能盡善盡美；如，PCB信息添加框沒有“隨機置入就緒隊列”功能，添加PCB信息仍顯得繁瑣；就緒隊列的掛起功能在程序自動運行時，存在反應(yīng)異常（反應(yīng)延遲或直接無反映）；可分分區(qū)表只顯示了當前可分的內(nèi)存，沒有顯示已分的PCB及其對應(yīng)內(nèi)存使用情況，且沒有利用圖形和豐富的顏色來更好的展示；時間片設(shè)計還需要改進，使用效率不高；系統(tǒng)重置功能存在響應(yīng)延遲的問題；另外，界面不夠美觀；還需要不斷改進；實驗感想通過這次實驗，我對操作系統(tǒng)的進程調(diào)度和內(nèi)存分配管理有了更加深入的了解，對操作系統(tǒng)內(nèi)部的工作原理有了進一步的認識；通過編程，也鞏固了我的程序設(shè)計和代碼編寫的能力，實驗過程中遇到的各種問題以及解決問題的過程與方法，都是我獲益匪淺；同時，程序的不完善，也將促使我在課程之后，繼續(xù)學(xué)習(xí)、理解課程內(nèi)容，并盡一切努力不斷完善程序，做到盡善盡美；程序代碼完整版（初學(xué)java，菜鳥級別，當然是將所學(xué)的全部照辦照抄，實為臃腫，可為初學(xué)者引以為戒，注意代碼質(zhì)量?。┻@里謹貼出十分臃腫的代碼，僅供初學(xué)者交流經(jīng)驗，重在開發(fā)的思想，了解開發(fā)的流程，而01版（精簡版）代碼在后面；ProcessPCB.javapackage src;public class ProcessPCB /backupBAK 后備 ready 就緒 suspend 掛起 memory內(nèi)存private String PID;private int RequiredTime;/private String Priority;private int Priority;private String Status;private int MwmoryBase = 0000;private int MemoryLimit;/private String PCBPointer;public ProcessPCB(String initpID, int initRTime, int initpriority, String status, int initBase, int initLimit) this.PID = initpID;this.RequiredTime = initRTime;this.Priority = initpriority;this.Status = status;this.MwmoryBase = initBase;this.MemoryLimit = initLimit;public String getPID() if(this.PID = null)return ;elsereturn this.PID;public void setPID(String pid初學(xué)get和set方法，總以為都要用；但在本設(shè)計中沒用到，只是擺設(shè)) if(pid = null)this.PID = ;elsethis.PID = pid;public int getRequiredTime() return this.RequiredTime;public void setRequiredTime(int time) this.RequiredTime = time;public int getPriority() return this.Priority;public void setPriority(int priority) this.Priority = priority;public String getStatus() if(this.Status = null)return ;elsereturn this.Status;public void setStatues(String statues) if(statues = null)this.Status = ;elsethis.Status = statues;public int getMemoryBase() return this.MwmoryBase;public void setMemoryBase(int base) this.MwmoryBase = base;public int getMemoryLimit() return this.MemoryLimit;public void setMemoryLimit(int limit) this.MemoryLimit = limit;public boolean equals(ProcessPCB pcb) if(pcb.getPID() = this.getPID() return true;else return false;public String toString() return this.getPID() + _ + this.getRequiredTime() + _ + this.getPriority() + _ + this.getStatus() + _ + this.getMemoryBase() + _ + this.getMemoryLimit() + n;public void run() this.RequiredTime = this.RequiredTime-1;this.Priority = this.Priority-1;MemoryItem.javapackage src;public class MemoryItem private int memoryBase=0;private int memoryLimit=0;private int availableStatus=0;public MemoryItem(int initMemoryBase, int initMemoryLimit) this.memoryBase = initMemoryBase;this.memoryLimit = initMemoryLimit;public int getMemoryBase() return this.memoryBase; public void setMemoryBase(int base) this.memoryBase = base; public int getMemoryLimit() return this.memoryLimit; public void setMemoryLimit(int limit) this.memoryLimit = limit; public int getStatus() return this.availableStatus; public void setStatus(int status) this.memoryBase = status; public String toString() return this.getMemoryBase() + _ + this.getMemoryLimit() + n; PCBRecords.javapackage src;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;public class PCBRecords implements Iterable private ArrayList PCBItems; public ArrayList getPCBItems() return this.PCBItems; public PCBRecords() this.PCBItems = new ArrayList(); public void addItem(ProcessPCB PcbItem) this.PCBItems.add(PcbItem); public void removeItem(ProcessPCB PCbItem) this.PCBItems.remove(PCbItem); public ProcessPCB getItem(ProcessPCB processPCB) for (ProcessPCB pCbItem : this.PCBItems) if (pCbItem.equals(processPCB) return pCbItem; return null; public ProcessPCB getItem(String pid) for (ProcessPCB pcBItem : this.PCBItems) if (pcBItem.getPID().equals(pid) return pcBItem; return null; public int getNumberOfItems() return this.PCBItems.size(); public String getItemsProperties() String itemsProperties = new StringgetNumberOfItems(); int i = 0; for(Iterator iterator1 = PCBItems.iterator(); iterator1.hasNext();) ProcessPCB stu_Item = (ProcessPCB)iterator1.next(); itemsPropertiesi+ = stu_Item.toString(); return itemsProperties; public Iterator iterator() return this.PCBItems.iterator();MemoryRecords.javapackage src;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;public class MemoryRecords implements Iterable private ArrayList memoryItems;public Iterator iterator() / TODO Auto-generated method stubreturn this.memoryItems.iterator(); public ArrayList getMemoryItems() return this.memoryItems; public MemoryRecords() this.memoryItems = new ArrayList(); public void addItem(MemoryItem newMemoryItem) this.memoryItems.add(newMemoryItem); public void removeItem(MemoryItem momoryItem) this.memoryItems.remove(momoryItem); public MemoryItem getMomoryItem(MemoryItem item) for(MemoryItem mItem : this.memoryItems) if(mItem.equals(item) return mItem; return null; public MemoryItem getMemoryItem(int base) for(MemoryItem mItem : this.memoryItems) if(mItem.getMemoryBase() = base) return mItem; return null; public int getNumberOfItems() return this.memoryItems.size(); public String getItemsProperties() String itemsProperties = new StringgetNumberOfItems(); int i=0; for(Iterator iterator1 = this.memoryItems.iterator(); iterator1.hasNext(); ) MemoryItem mmItem = (MemoryItem) iterator1.next(); itemsPropertiesi+ = mmItem.toString();/? /System.out.println(itemsProperties + n); if(itemsProperties = null) itemsProperties0 = ; return itemsProperties; SingleCPUSchedulingGUI001.Javaimport java.util.*;import java.awt.*;import java.awt.event.*;import javax.swing.*;import javax.swing.event.*;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.AddToBAKListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.AddToReadyListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.RemoveListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.ResetListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.ResetSystemListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.StartSystemListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.SuspendListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.SystemPauseListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.UmountListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.priotiryListener;import src.SingleCPUSchedulingGUI001.timeslicListener;import java.io.*;import java.text.*;public class SingleCPUSchedulingGUI001 extends JFrame private int systemStatues; /注意static 屬性 /*define 0-system prepare status-system reset and re-prepare 1-system start 2-system pause 3-system stop*/* Standar error stream */static private PrintWriter stdErr = new PrintWriter(System.err, true);static private int WIDTH = 600, HEIGHT = 700; / the size of the Frame 主面板 /* 各列表對應(yīng)的面板規(guī)格*/*對應(yīng)各名詞釋義 backupBAK 后備 ready 就緒 suspend 掛起 memory內(nèi)存 */static private int BackupBAK_CELL_SIZE = 250, BackupBAK_LIST_ROWS = 10;/后備隊列static private int Suspend_CELL_SIZE = 250, Suspend_LIST_ROWS = 10; /掛起隊列static private int Ready_CELL_SIZE = 200, Ready_LIST_ROWS = 6; /就緒隊列static private int CPU_ROWS = 10, CPU_COLS = 22; /CPU面板static private int STATUS_ROWS = 8, STATUS_COLS = 30; /系統(tǒng)狀態(tài)面板 private int timeslice = 1; /設(shè)置時間片大小 private int systemStatus=0; /設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài) 0系統(tǒng)預(yù)備狀態(tài)，等待開始，1系統(tǒng)運行狀態(tài)，2系統(tǒng)暫停狀態(tài)static private int TOTAL_TEXTFIELD_SIZE = 10; / Size total text field 記錄各隊列元素個數(shù)private JList backupList, suspendList, readyList; /各隊列相對應(yīng)的數(shù)組列表 /進程添加框中的添加至后備隊列，添加至就緒隊列，重置Buttonprivate JButton addToBAKButton, addToReadyButton, resetButton; /就緒隊列框中的掛起，掛起隊列框中的解掛，刪除Buttonprivate JButton suspendButton, umountButton, removeButton; /Status面板中的啟動系統(tǒng)，重置系統(tǒng)Buttonprivate JButton startButton, pauseButton, resetSyatemButton; /優(yōu)先級和時間片單選鈕及時間片顯示框private JRadioButton priorityJRB, timesliceJRB;private JLabel timesliceSizeLabel; private JTextField timesliceJtf; /后備面板、進程添加面板、掛起面板、內(nèi)存面板private JPanel backupBAKPanel, PCBItemPanel, suspendedPanel; /后備隊列、掛起隊列元素總數(shù)標簽private JLabel backupTotalLabel, suspendTotalLabel; /進程信息標簽 進程編號PID,所需運行時間requiredTime,優(yōu)先級priority,當前狀態(tài)statues,內(nèi)存中的基址base,所需內(nèi)存大小limitprivate JLabel PIDLabel, requiredTimeLabel, priorityLabel, statuesLabel; /后備隊列、掛起隊列元素總數(shù)文本框（不可編輯）private JTextField backupTotalTextField, suspendTotalTextField;/進程信息文本框 PID(可編輯),requiredTime(可編輯),priority(可編輯),status(不可編輯),base(不可編輯),limit(可編輯)private JTextField PIDTextField, requiredTimeTextField, priorityTextField, statusTextField; /CPU狀態(tài)顯示文本域(不可編輯)，status信息文本域(用于現(xiàn)實程序每一步的操作和影響，不可編輯)private JTextArea CPUTextArea, statuesTextArea;/后備隊列PCB數(shù)組,就緒、掛起，內(nèi)存（可分分區(qū)表）PCBRecords backupPCB, readyPCB, suspendedPCB;public static void main(String args) throws IOException / TODO Auto-generated method stubnew SingleCPUSchedulingGUI001().initFrame();public void initFrame() backupList = new JList();backupList.setSelectionMode(ListSelectionModel.SINGLE_SELECTION);backupList.setVisibleRowCount(BackupBAK_LIST_ROWS);backupList.setFixedCellWidth(BackupBAK_CELL_SIZE);suspendList = new JList();suspendList.setSelectionMode(ListSelectionModel.SINGLE_SELECTION);suspendList.setVisibleRowCount(Suspend_LIST_ROWS);suspendList.setFixedCellWidth(Suspend_CELL_SIZE);readyList = new JList();readyList.setSelectionMode(ListSelectionModel.SINGLE_SELECTION);readyList.setVisibleRowCount(Ready_LIST_ROWS);readyList.setFixedCellWidth(Ready_CELL_SIZE);suspendButton = new JButton(Suspend);addToBAKButton = new JButton(AddToBAK);addToReadyButton = new JButton(AddToReady);resetButton = new JButton(Reset);umountButton = new JButton(Umount);removeButton = new JButton(Remove);startButton = new JButton(StartSchuliding);pauseButton = new JButton(Pause);resetSyatemButton = new JButton(ResetSystem);priorityJRB = new JRadioButton(Priority, true);timesliceJRB = new JRadioButton(Timeslice);backupTotalLabel = new JLabel(Total:);backupTotalTextField = new JTextField(0, TOTAL_TEXTFIELD_SIZE);backupTotalTextField.setEditable(false);suspendTotalLabel = new JLabel(Total:);suspendTotalTextField = new JTextField(0, TOTAL_TEXTFIELD_SIZE);suspendTotalTextField.setEditable(false);timesliceSizeLabel = new JLabel(Timeslice);timesliceJtf = new JTextField(3, 5);timesliceJtf.setEditable(true);CPUTextArea = new JTextArea(CPU_ROWS, CPU_COLS);CPUTextArea.setEditable(false);statuesTextArea = new JTextArea(STATUS_ROWS, STATUS_COLS);statuesTextArea.setEditable(false);/* north panel*/JPanel northPanel = new JPanel(new BorderLayout();JPanel northPanel = new JPanel(new GridLayout(1, 3);/JPanel north = new JPanel(new BorderLayout(); / ProcessPCB item information Panel PCBItemPanel = new JPanel(new BorderLayout();PCBItemPanel.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder(PCBItem Information);JPanel PCBItemButtonJPanel = new JPanel(new GridLayout(3, 1);PCBItemButtonJPanel.add(addToBAKButton);PCBItemButtonJPanel.add(addToReadyButton);PCBItemButtonJPanel.add(resetButton);PCBItemPanel.add(this.initPCBItemPanel(), BorderLayout.CENTER);PCBItemPanel.add(PCBItemButtonJPanel, BorderLayout.SOUTH); /backupBAKList Panel backupBAKPanel = new JPanel(new BorderLayout();backupBAKPanel.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder(BackupList); JPanel backupTotalPAnel = new JPanel(); backupTotalPAnel.add(backupTotalLabel); backupTotalPAnel.add(backupTotalTextField); backupBAKPanel.add (new JScrollPane(backupList,JScrollPane.VERTICAL_SCROLLBAR_AS_NEEDED,JScrollPane.HORIZONTAL_SCROLLBAR_AS_NEEDED), BorderLayout.CENTER); backupBAKPanel.add(backupTotalPAnel, BorderLayout.SOUTH); / north.add(backupBAKPanel, BorderLayout.WEST);/ north.add(PCBItemPanel, BorderLayout.CENTER); / SuspendList Panel suspendedPanel = new JPanel(new BorderLayout(); suspendedPanel.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder(SuspendList); JPanel suspendedTotalPAnel = new JPanel(); suspendedTotalPAnel.add(suspendTotalLabel); suspendedTotalPAnel.add(suspendTotalTextField); JPanel suspendComponentPanel = new JPanel(new GridLayout(1, 2); suspendComponentPanel.add(umountButton); suspendComponentPanel.add(removeButton); suspendedPanel.add (suspendedTotalPAnel, BorderLayout.NORTH); suspendedPanel.add (new JScrollPane(suspendList,JScrollPane.VERTICAL_SCROLLBAR_AS_NEEDED,JScrollPane.HORIZONTAL_SCROLLBAR_AS_NEEDED), BorderLayout.CENTER); suspendedPanel.add(suspendComponentPanel, BorderLayout.SOUTH); / northPanel.add(north, BorderLayout.CENTER);/ northPanel.add(suspendedPanel, BorderLa