操作系统实验-流程控制(python实现)一、实验目标
模拟操作系统对流程的管理。 实现过程之间的切换。
二、实验要求
)1)单处理器，即一次只能执行一个进程的状态
)忽略内核实现进程切换和进程调度(schedulerswitch )的运行时间，只考虑运行进程所需的时间
)3)程序的命令有cpu和io两种。 cpu表示cpu指令，执行cpu指令需要1小时单位。 io必须代表io命令并阻止进程。 执行io指令需要5个时间单位。 第一个时间单位使用cpu，接下来的四个时间单位使用io设备
)4)进程状态为就绪、RUN:cpu、RUN:io、等待和已完成
)5) CPU状态为1 (忙)、0 )空闲，IOs状态为1 )忙)、0 )空闲
三、代码实现
class PCB: #进程pcb def __init__(self， id ) : # ) id确定哪个进程self.id=id #进程id self.state='ready' #进程的初始状态为ready准备状态self.instruction=[] # 进程的命令阻止区分是否设置为self.waitinning的io时，class queue: #进程调度管理的链队列def __init__(self ) : seue 初始化null.tail=noneself.size=0deead队列为空if(self.head ) : #队列为空1 return 1 else: #队列为空0 return0def IIF 插入新节点node.next=none if (self.head==none ) : #队列插入空的新节点self.head=node else: # 插入队列不为空的新节点self.tail.next=node self.tail=node self.size=1def remove (self ) : #，然后在从队列中检索节点的同时检索当前队列从移动。self.size-=1self.head=self.head.nextifself.is not empty (==0: self.tail=nonereturnnodededefgo ) ) : ) PID2=PCB ) PID2) PID3=PCB ) PID3) PID4 'cpu '、' cpu '、' io '、' cpu'] pid1.instruction=['cpu '、' io ' ' cpu ] ' io ' ] PID4. instruction=[ ' cpu '、' io '、' CPU '、' io'] pid5.instruction=['cpu '、' CPU '和] ' io'] readyqueue.insert(PID0) readyqueue.insert(PID0) readyqueue.insert(PID0) readyqueue.insert(PID0) ready queue me '，pid0.id，'，pid1.id，'，pid2.id，' '，pid3.id，' '，PID4.
ess.isnotempty() or waitingqueue.isnotempty(): usecpu=0 useio=0 if runningProcess.isnotempty(): rh=runningProcess.head if len(rh.instruction)==0: rh.state='done' runningProcess.remove() if waitingqueue.isnotempty(): wh=waitingqueue.head while wh!=None: wh.state='waiting' wh.waitingtime-=1 wh=wh.next wh=waitingqueue.head while wh!=None: if wh.waitingtime==-1: if len(wh.instruction): if runningProcess.isnotempty()==0: runningProcess.insert(waitingqueue.remove()) else: readyqueue.insert(waitingqueue.remove()) else: wh.state='done' waitingqueue.remove() wh=wh.next useio=waitingqueue.size if readyqueue.isnotempty(): reh=readyqueue.head while reh!=None : reh.state='ready' reh=reh.next if runningProcess.isnotempty()==0 and readyqueue.isnotempty(): runningProcess.insert(readyqueue.remove()) if runningProcess.isnotempty(): rh=runningProcess.head if len(rh.instruction): order=rh.instruction[0] if order=='cpu' : rh.state='run:cpu' del rh.instruction[0] usecpu+=1 elif order=='io' : rh.state='run:io' rh.waitingtime=4 del rh.instruction[0] waitingqueue.insert(runningProcess.remove()) usecpu+=1 else: rh.state='done' runningProcess.remove() time+=1 print(time,' ',pid0.state,' ',pid1.state,' ',pid2.state,' ',pid3.state,' ',pid4.state,' ',pid5.state,' ',usecpu,' ',useio,sep='t') if usecpu!=0 : cputime+=1 if useio!=0 : iotime+=1 print('Stats: Total Time ',time) print('Stats: CPU Busy ',cputime,' (',cputime/time*100,'% )') print('Stats: IO Busy ',iotime,' (',iotime/time*100,'% )')if __name__=='__main__': go()四、实验结果
管理实验结果如下图所示，其中Time表示时间片，PID0=PID5表示6个进程，其中ready表示进程处于就绪态，run:cpu表示当前正在运行cpu指令，run:io表示正在进行io指令，此时会占用一个时间片的cpu，之后会继续进行三个时间片的阻塞，即waiting状态，done表示此进程指令已经全部执行完成。由于本实验是单处理机，所以CPU这一列表示此时间片是否占用cpu，包括run:io和run:cpu，1表示有cpu被占用，0表示没有cpu被占用。IOs表示此时间片被占用io数量，为0表示无waiting，由于阻塞可以多个进程同时进行，所以其他数字即表示当前时间片waiting总数。Total Time表示总时间片个数，图中表示为执行本程序共用29个时间片，CPU Busy表示占用cpu的时间，图中表示cpu占用24个时间片，后面括号内数字为占用cpu时间与运行程序总时间的比，这里为24/29所得，IO Busy表示占用io的总时间，这里27表示有27个时间片使用了io，后面的百分比是使用io时间与总时间的比，这里是27/29。
五、小结
这里我模拟了操作系统对进程的管理，实现了进程之间的切换，我们应该对操作系统的进程管理有一定的了解，了解进程是如何调度的，如何执行的。这里通过readyqueue、runningProcess、waitingqueue三个队列来管理进程，通过出队入队等操作将进程作为节点在不同队列上切换，并根据不同进程当前指令判断，这样就实现了进程状态的转换，需要要理解操作系统后台对进程是如何进行调度的，操作系统会按照一定逻辑来完成调度，在这里我按照自己的理解来设计，实现了多进程的并发执行，这就需要一定的调度机制，初始时，所有进程均放入就绪队列，然后会从就绪队列取出第一个进程放入执行队列，判断此进程第一个指令是哪种，是cpu指令则执行run:cpu,此时cpu将处于忙碌状态，且由于是单cpu，同一时刻只能有一个进程占用cpu，若是io则执行run:io,此时也会占用cpu，在之后需要将其放入阻塞队列，执行三次waiting，才可以被放回就绪队列，然后还会从就绪队列取进程，如此往复，直到redyqueue和waitingqueue全为空，即所有进程的所有指令都进行完毕，程序结束。
（如有问题，欢迎留言）