优先级作业调度系统实验报告.doc

实验报告优先级作业调度系统的模拟 课程名称： 数据结构大型试验 实验项目名称： 优先级作业调度系统的模拟 学院： 计算机科学与技术学院 专业： 计算机科学与技术 指导教师： 刘端阳 报告人： 学号： 班级： 目录1. 实验内容分析.3 1.1 实验目的. 1.2实验要求. 1.3设计分析.2. 试验验证分析.2.1输入的形式及输入值的范围.2.2程序所能达到的结果.2.3测试数据.3. 测试分析. 3.1基础问题. 3.2技术问题.3.3调试错误4. 调试结果分析.4.1程序的运行结果.5. 附录.一、实验内容分析：实验目的：Windows、Linux等操作系统都支持同时运行多个作业，但作业的执行顺序却因调度算法的不同而不同。通常，操作系统都采用优先级作业调度，即操作系统根据作业的长短来设置优先级大小，优先级高的作业先执行，优先级低的作业后执行。作业调度的详细情况如下描述：一个作业Ji的长度为ti =（si，ei），si 为作业运行的开始时间（进入时间），ei 为作业运行的结束时间（离开时间），ti则为完成作业Ji所需要的执行时间（单位：秒）。作业调度的基本任务是从作业队列中选取一个来执行，如果没有作业则执行空操作操作。而优先级作业调度，是指每次选取优先级最高的作业来调度，优先级可以用优先数（每个作业一个优先数pi）来表示，优先数越小，优先级越高。作业Ji 进入系统时，即si 时刻，系统给该作业指定其初始优先数pi = ti，从而使越短的作业优先级越高。该优先数在作业等待调度执行的过程中会不断减小，调整公式为：pi = pi - wi，其中wi 为作业Ji的等待时间：wi = 当前时间-si。一旦作业被调度，该作业就一直执行，不能被抢占，只有当前执行的作业完成时，才产生下一轮调度。所以需要在每次调度前动态调整各作业的优先数。在每次调度的时候，如果出现相同优先级的作业，则按照先进先出(FIFO: First In First Out)的原则进行调度。实验要求：1.要求自己编程实现堆结构及其相关功能，从而实现优先级队列，不允许使用标准模板类的堆函数和优先级队列；测试时，各种情况都需要测试，并附上测试截图；2.要求采用类的设计思路，不允许出现类以外的函数定义，但允许友元函数。主函数中只能出现类的成员函数的调用，不允许出现对其它函数的调用。3.要求采用多文件方式：.h文件存储类的声明，.cpp文件存储类的实现，主函数main存储在另外一个单独的cpp文件中。如果采用类模板，则类的声明和实现都放在.h文件中。4.要求源程序中有相应注释；5.不强制要求采用类模板，也不要求采用可视化窗口；6.要求测试例子要比较详尽，各种极限情况也要考虑到，测试的输出信息要详细易懂，表明各个功能的执行正确，包括何时作业进入，何时调度哪个作业，何时离开，每个作业等待多长时间，优先数的动态变化情况等；7.要求采用Visual C+ 6.0及以上版本进行调试；设计分析：l 类的设计Work:自定义的作业类。MyHeap：自定义的优先级队列，帮助工程类的实现System：模拟作业调度系统定义的工程类，模拟处理作业的过程。 类的关系图System（工程类）实现工具 Work（作业类）MyHeap(优先级队列类)数据类型 基本数据结构类的设计：MyHeap(优先级队列)：利用自定义的最小堆实现优先级队列，实现主要的功能，包括作业的插入、最小优先级作业的提取和删除、各个作业优先级的修改等，优先级队列采用的是模板类数据成员Vector mhMyHeapshow成员函数updatepushpoptopsizeemptyn MyHeap(); /队列的构造函数 n void pop();/删除队首元素,并更新队列n void push(const DATA& item);/在队列中加入新项，并更新队列n DATA top();/返回队首的元素n bool empty();/判断队列知否为空n int size();/返回队列的中元素的个数n void update();/将队列中每一项的优先级减一n void show(); / 显示队列的所有信息 作业类以及工程类的设计Work（作业类）：int s数据成员WorkInt t成员函数Int postream& =operator operator =int numn int s ;/ 作业进入的时间n int t;/作业的执行时间n int p;/作业的优先级n int num;/作业标号n Work();/无参构造函数n Work(int n,int a,int b);/有参构造函数n Work& operator-(); / / 自减操作重载n Work& operator=(const Work& a);/ 赋值操作重载n friend ostream& operator(ostream& out,const Work& a);/输出流重载n friend bool operator(const Work& a,const Work& b); / 重定义小于bool operator(const Work& a,const Work& b) / 重定义小于if(a.p != b.p) return a.p b.p; / 先按优先级排，优先级小的小return a.s b.s; / 否则，先进入的小/ 因为创建的是最小堆，所以在队首的是优先级小的，符合题目要求System(工程类)：模拟优先级作业调度系统的运行的过程，并设计调试程序代码函数数据成员MyHeap mwmwmwmw;Work wk;bool isworkint T,end,SIZESystemrun()n void run ();/自动运作的工程srand(time(0); / 把时间作为种子，若不调用此函数，产生的随机数都是伪随机的，每次程序运行的结果都一样int tol = 0; / 表示作业的编号for(T=0; TSIZE; T+) / 这段时间会随机产生新的作业mw.update(); / 因为等待时间 +1，所以队列里所有的作业的优先级 -1if(iswork & end = T) / 如果正在运行的作业结束了iswork = false; / 表示没有作业在运行cout*程序运行时间为T, 作业wk.num处理完毕，用时wk.t,等待T-wk.t-wk.snn;/ 输出信息if(iswork) / 若有程序在运行cout程序运行时间为T, 正在执行作业wk.num.n;Sleep(500); / 滞留0.5s，表示正在运行if(T%10 = 0) / 如果是10的倍数int num = rand()%3+1,t; / 随机产生1-3个新作业printf(*新加入%d作业：n,num); for(int i=0; inum; i+)t = rand()%20+1; / 随机产生作业的执行时间mw.push(Work(+tol,T,t); / 调用构造函数printf(作业%d,进入时间为%d,需执行时间为%d,优先级为%dn,tol,T,t,t);/ 输出新作业的信息printf(n);/ 输出更新后的队列的信息printf(*此时共有%d作业等待处理nn,mw.size();mw.show(); / 输出队列里的所有的作业信息，无序printf(nn);if(!iswork & !mw.empty()wk = mw.top();mw.pop(); / 取出队首元素printf(*开始执行作业%d，进入时间为%d，等待时间为%d，需执行时间%d,优先级为%dn,wk.num,wk.s,T-wk.s,wk.t,wk.p);end = T+wk.t; / 更新结束时间iswork = true;while(!mw.empty() | iswork) / 不再加入新作业，将剩余的所有作业运行完二、实验验证分析输入形式：需要输入4个整型数据，分别是时间间隔、工作时间、作业长度上限以及每个间隔产生的作业上限。输出形式： 模拟系统运行过程，详细显示运行过程中系统内各个作业的信息，以及新加入作业组的信息，加入新作业后系统内作业组的信息。每个作业运行结束，显示当前作业等待时间和运行时间。 程序所能达到的结果：能使模拟系统根据作业的优先级大小顺序处理作业，原始优先级只与作业的长度相关，但运行过程的优先级要根据系统运行的时间发生改变，以实现先入先出的原则。运行过程中，系统会随机产生作业组加到系统中，系统将新的工作组按照优先级大小进行排序。系统能随时提取出，当前正在处理的作业的详细信息，以及系统内正在等待处理的作业组的信息。 测试数据：1 正确输入： 输入：10 60 10 3 输出 2 错误输入输入的数据都要大于0.3、 调试分析 基础问题 1.vector的运用：1 end()的误用 解决：end（）返回的向量中最后一个元素后面位置的指针2 earse()函数的调用 解决：函数括号内是迭代器，不是下标 2.sleep（）的用法1 Sleep函数/S要大写2 头文件#include3 函数调用形式Sleep(500);/单位是毫秒 技术问题 1. 作业关系大小的设计错误理解：以为只要比较作业的优先级就可以了，这样设计无法实现先进先出的原则解决：设计作业大小比较时，优先考虑作业的优先级，如果优先级一样的话，再根据作业的num值比较大小（即进入系统的先后顺序）2.优先队列的设计 难点： 1 调整节点条件的分析 当二叉树只有一个节点时，不需要进行下调工作 因为进行下调操作的是一个最小堆，只要被调整元素比它的两个子节点都小，就可以直接跳出循环 节点比较不需要考虑相等的情况，因为每个作业的num值一定是不一样的，所以就算优先级一样，也一定不会相等 调试错误1. 编写最小堆的时候，有几个函数不小心写成了最大堆的效果，找了好久的错误2. Work类,在编写赋值操作符重载时，用的是成员函数，却在函数里新创了个对象，结果出现了错误4、 测试结果分析： 程序的运行结果刚开始只产生了一个作业，所以就执行改作业 产生了两个作业，且此时没有作业在执行，作业4的优先级比作业3大，所以先执行作业4作业2、5的优先级是相同的，而作业2先进入队列，所以先执行作业2作业执行时，输出执行语句，并调用Sleep函数，表示正在执行5、 附录Heap.h#include #include using namespace std;#ifndef MYHEAP#define MYHEAP / 防止因头文件被反复调用，而导致重复定义/ 应用模板类template class MyHeapvector mh; / 用向量实现堆public:MyHeap(); / 构造函数bool empty(); / 判空函数DATA top(); / 取队首元素void pop(); / 删除队首元素void push(const DATA& item); / 压入元素void update(); / 所有元素 -1int size(); / 获取元素个数void show(); / 调用graph()private:void push_down(); / 向下更新void push_up(); / 向上更新void swap(DATA& a,DATA& b); / 交换两个元素bool can_push(int pos); / 判断是否需要向下更新void graph(int s); /输出队列的所有信息 ;template MyHeap:MyHeap()mh.clear(); / 清空队列template bool MyHeap:empty()return mh.size() = 0; / 判断向量里是否有元素template DATA MyHeap:top()return mh0; / 向量的第一个元素就是队首template void MyHeap:swap(DATA& a,DATA& b)DATA c = a;a = b;b = c;template bool MyHeap:can_push(int pos)int l = mh.size();/ 若没有左节点 或 当前节点小于左节点 且 没有右节点 或 当前节点小于右节点，那么就不需要再下移if(pos*2+1 = l | mhpos = l | mhpos mhpos*2+2) return false;return true;template void MyHeap:push_down()int pos = 0,l = mh.size();while(can_push(pos) / 若需要下移，则一定有左儿子，因为堆是一个完全二叉树int tar = pos*2+1; / tar 先指向左节点if(pos*2+2 l & mhpos*2+2 mhpos*2+1) / 若有右节点 且 右节点比左节点小tar+; / 则 tar 指向右节点swap(mhpos,mhtar); / 交换当前节点和他左右节点中较小的那个pos = tar; / 当前节点移到交换的子节点处template void MyHeap:pop() swap(mh0,mhmh.size()-1); / 将队首元素放到最后vector:iterator it = mh.end(); / 迭代器先指向 end();it-; / 自减操作，此时it指向最后一个元素mh.erase(it); / 删除最后一个元素，即删除了原队首元素push_down(); / 从队首向下更新template void MyHeap:push_up()int now = mh.size()-1,tar;while(now 0) / 从最后一个元素开始，直到队首tar = (now-1)/2; / tar指向当前节点的父节点if(mhtar mhnow) break; / 如果父节点是小于当前节点，则不用再上移swap(mhtar,mhnow); / 否则交换父节点和当前节点now = tar; / 当前节点改为父节点template void MyHeap:push(const DATA& item)mh.push_back(item); / 先将新节点加到最后push_up(); / 再向上更新template void MyHeap:update() / 所有元素 -1for(int i=0; imh.size(); i+) mhi-;template int MyHeap:size() return mh.size(); / 返回向量的大小template void MyHeap:show()graph(0);template void MyHeap:graph(int s) / 递归调用，输出以s为根节点的子树if(s*2+1 mh.size() graph(s*2+1); / 先输出左子树if(s mh.size() coutmhsn; / 若当前节点存在，输出当前节点的信息if(s*2+2 mh.size() graph(s*2+2); / 输出右子树#endifWork.h#include using namespace std;#ifndef MYWORK#define MYWORKclass Workpublic:int s,t,p,num;Work();Work(int n,int a,int b);friend bool operator(const Work& a,const Work& b); / 重定义小于Work& operator-(); / / 自减操作重载Work& operator=(const Work& a);/ 赋值操作重载friend ostream& operator(ostream& out,const Work& a);/ 输出流重载;#endifSystem.h#ifndef MYSYSTEM#define MYSYSTEM#include #include #include #include / 系统自带的头文件都可以#include Heap.h /自己写的头文件，要用引号#include Work.h#include using namespace std;class SystemMyHeap mw; / 队列，存储所有工作int T; / 记录系统运行的时间int end; / 如果有作业在运行，记录该作业结束时的系统时间bool iswork; / 是否有作业正在运行Work wk; / 若有作业在运行，记录该作业的信息int SIZE; / 系统允许新增工作的时间，超过此时间后，系统执行完所有作业后，就结束public:System(); / 构造函数，在创建变量时才会调用bool run(); / 执行函数，模拟作业的调度;#endifWork.cpp#include Work.hWork:Work()Work:Work(int n,int a,int b) / 构造函数num = n; / 作业的编号s = a; / 作业进入的时间t = p = b; / 作业的执行时间和优先级bool operator(const Work& a,const Work& b) / 重定义小于if(a.p != b.p) return a.p b.p; / 先按优先级排，优先级小的小return a.num b.num; / 否则，先进入的小/ 因为创建的是最小堆，所以在队首的是优先级小的，符合题目要求Work& Work:operator-() / 自减操作重载p-;return *this;Work& Work:operator=(const Work& a) / 赋值操作重载s = a.s;t = a.t;p = a.p;num = a.num;return *this;ostream& operator(ostream& out,const Work& a) / 输出流重载return out作业a.num 进入时间为a.s 执行时间a.t 优先级为a.p;System.cpp#include System.hSystem:System()T = 0; / 初始系统时间为0iswork = false; / 初始没有作业在运行SIZE = 60; bool System:run()system(cls);int D,L,N;coutD;if(D = 0)printf(时间间隔要大于0！n);Sleep(500);return false;coutSIZE;if(SIZE = 0)printf(工作时间要大于0！n);Sleep(500);return false;coutL;if(L = 0)printf(作业长度要大于0！n);Sleep(500);return false;coutN;if(N = 0)printf(产生作业数的上限要大于0！n);Sleep(500);return false;srand(time(0); / 把时间作为种子，若不调用此函数，产生的随机数都是伪随机的，每次程序运行的结果都一样int tol = 0; / 表示作业的编号for(T=0; TSIZE; T+) / 这段时间会随机产生新的作业mw.update(); / 因为等待时间 +1，所以队列里所有的作业的优先级 -1if(iswork & end = T) / 如果正在运行的作业结束了iswork = false; / 表示没有作业在运行cout*程序运行时间为T, 作业wk.num处理完毕，用时wk.t,等待T-wk.t-wk.snn;/ 输出信息if(iswork) / 若有程序在运行cout程序运行时间为T, 正在执行作业wk.num.n;Sleep(500); / 滞留0.5s，表示正在运行if(T%D = 0) / 如果是