- 原理介绍
- RR时间片轮转原理
在采用时间片轮转算法中，所有的就绪进程按FCFS策略排成一个就绪队列。系统可设置每隔一定时间便产生一次中断，去激活进程调度程序进行调度，把CPU分配给队首进程，并令其执行一个时间片。当它运行完毕后，又把处理机分配给就绪队列中新的队首进程，也让它执行一个时间片。这样，就可以保证就绪队列中的所有进程在确定的时间段内，都能获得一个时间片的处理机时间。
在RR调度算法中进程的切换，可分为两种情况:①若一个时间片尚未用完，正在运行的进程便已经完成，就立即激活调度程序，将它从就绪队列中删除，再调度就绪队列中队首的进程运行，并启动一个新的时间片。②在一个时间片用完时，计时器中断处理程序被激活。如果进程尚未运行完毕，调度程序将把它送往就绪队列的末尾。
2.多级反馈队列调度机制
设置多个就绪队列。在系统中设置多个就绪队列，并为每个队列赋予不同的优先。第一个队列的优先级最高，第二个次之，其余队列的优先级逐个降低。该算法为不同列中的进程所赋予的执行时间片的大小也各不相同，在优先级愈高的队列中，其时间片愈小。
每个队列都采用FCFS算法。当新进程进入内存后，首先将它放入第一队列的末尾，按FCFS原则等待调度。当轮到该进程执行时，如它能在该时间片内完成，便可撤离系统。否则，即它在一个时间片结束时尚未完成，调度程序将其转入第二队列的末尾等待调度;如果它在第二队列中运行个时间片后仍未完成， 再依次将它放入第三队列...依此类推。当进程最后被降到第n队列后，在第n队列中便采取按RR方式运行。
按队列优先级调度。调度程序首先调度最高优先级队列中的诸进程运行，仅当第一队列空闲时才调度第二队列中的进程运行;仅当第1到(i-1)所有队列均空时，才会调度第i队列中的进程运行。如果处理机正在第i队列中为某进程服务时又有新进程进入任一优先级较高的队列，此时须立即把正在运行的进程放回到第i队列的末尾，而把处理机分配给新到的高优先级进程。
2.设计原理
PCB设计
设计结构体PCB，其中包括进程的标识符，到达时间，服务时间，完成时间，周转时间和带权周转时间。利用动态数组将所有进程存储起来。
1 struct PCB
2
3 {
4
5 int ID; //标识符
6
7 int ComeTime; //到达时间
8
9 int ServerTime; //服务时间
10
11 int FinishTime; //完成时间
12
13 int TurnoverTime; //周转时间
14
15 double WeightedTurnoverTime; //带权周转时间
16
17 };
进程就绪队列
采用STL中的队列设置3个队列，queue<PCB> Ready[3];
时间片由数组timeslice[3]表示，大小分别为2，4,8。
函数模块
主函数模块分为3个模块:读入数据函数，多级反馈调度函数，输出函数。
3.流程图
4.代码实现
1 #include <iostream>
2 #include <algorithm>
3 #include <iomanip>
4 #include <vector>
5 #include <queue>
6 using namespace std;
7
8 //作业结构体
9 typedef struct PCB
10 {
11 int ID; //标识符
12 int ComeTime; //到达时间
13 int ServerTime; //服务时间
14 int FinishTime; //完成时间
15 int TurnoverTime; //周转时间
16 double WeightedTurnoverTime; //带权周转时间
17 }PCB;
18 const int QueueNum = 3;//就绪队列长度
19 int timeslice[QueueNum];//第一个时间片
20
21
22
23 //输入作业信息
24 void InputPCB(vector<PCB> &PCBList, int xlice[])
25 {
26
27 cout << "输入3个时间片大小: "<<endl;
28 for(int i=0;i<3;i++){
29 cin >> timeslice[i];
30 }
31
32 while(1) {
33 PCB temp;
34 cout << "输入标识符 "<<"到达时间 "<<"服务时间 "<<endl;
35 cin >> temp.ID>> temp.ComeTime>> temp.ServerTime;
36 temp.FinishTime = 0; //暂时存放运行了多少时间，来判断此作业是否运行结束
37 PCBList.push_back(temp);
38 cout<<"继续？Y/N："<<endl;
39 char n;
40 cin>>n;
41 if(n=='Y'||n=='y')
42 continue;
43 else
44 break;
45
46 }
47 }
48
49
50 bool CmpByComeTime(const PCB &p1, const PCB &p2)
51 {
52 return p1.ComeTime < p2.ComeTime;
53 }
54
55
56 //MFQ算法
57 void MFQ(vector<PCB> &PCBList, int timeslice[])
58 {
59 sort(PCBList.begin(), PCBList.end(), CmpByComeTime); //按到达时间排序
60 vector<PCB> result; //保存结果
61 int BeginTime = (*PCBList.begin()).ComeTime; //第一个作业开始时间
62 queue<PCB> Ready[QueueNum]; //设置3个就绪队列
63 Ready[0].push(*PCBList.begin());
64 PCBList.erase(PCBList.begin());
65 cout<<"当前时刻:"<<BeginTime<<" 当前就绪队列:"<<0<<endl;
66 cout<<"第一个进程进入就绪队列0"<<endl;
67 cout<<endl;
68 while (!PCBList.empty())//进程数组不空
69 {
70 //这段是为了防止前面的进程运行完了，后面的进程还没到，造成死循环
71 bool flag = false;
72 for (int i = 0; i < QueueNum; ++i)
73 {
74 if (!Ready[i].empty())
75 {
76 flag = true;
77 break;
78 }
79 }
80 if(!flag)
81 {
82 Ready[0].push(*PCBList.begin());
83 PCBList.erase(PCBList.begin());
84 BeginTime = Ready[0].front().ComeTime;
85 }
86
87 for (int i = 0; i < QueueNum; ++i)
88 {
89
90 if (i != QueueNum - 1) //不是最后一个队列
91 {
92 while (!Ready[i].empty()) //当前队列不空
93 {
94 if (!PCBList.empty() && BeginTime>= (*PCBList.begin()).ComeTime) //有新作业到达，加入就绪队列，转到第一队列
95 {
96 cout<<"当前时刻:"<<BeginTime<<endl;
97 cout<<"新进程"<<(*PCBList.begin()).ID<<"到达，将其放在第一队列尾部"<<endl;
98 cout<<endl;
99 Ready[0].push(*PCBList.begin());
100 PCBList.erase(PCBList.begin());
101 i = 0;
102
103 continue;
104 }
105
106 if (Ready[i].front().FinishTime + timeslice[i] < Ready[i].front().ServerTime) //时间片用完没运行完,加入下一队列队尾
107 {
108 cout<<"当前时刻:"<<BeginTime+ timeslice[i]<<" 当前就绪队列:"<<i<<endl;
109 cout<<"当前进程"<<Ready[i].front().ID<<"在时间片内没有运行完，加入下一个队列尾部！"<<endl;
110 cout<<endl;
111
112 Ready[i].front().FinishTime += timeslice[i] ;
113 Ready[i + 1].push(Ready[i].front());//加入下一个队列
114 Ready[i].pop();
115 BeginTime += timeslice[i] ;
116 }
117 else //此作业运行完
118 {
119 BeginTime += Ready[i].front().ServerTime - Ready[i].front().FinishTime;
120 Ready[i].front().FinishTime = BeginTime;
121 Ready[i].front().TurnoverTime = Ready[i].front().FinishTime - Ready[i].front().ComeTime;
122 Ready[i].front().WeightedTurnoverTime = (double)Ready[i].front().TurnoverTime / Ready[i].front().ServerTime;
123 cout<<"当前时刻:"<<BeginTime<<" 当前就绪队列:"<<i<<endl;
124 cout<<"当前进程"<< Ready[i].front().ID<<"在时间片内运行完！"<<endl;
125 cout<<endl;
126 //从就绪队列中移除作业
127 result.push_back(Ready[i].front());
128 Ready[i].pop();
129 }
130 }
131 }
132 else
133 {
134 while (!Ready[i].empty())
135 {
136 if (!PCBList.empty() && BeginTime >= (*PCBList.begin()).ComeTime) //有新作业到达，加入就绪队列，转到第一队列
137 {
138 cout<<"当前时刻:"<<BeginTime<<endl;
139 cout<<"新进程"<<(*PCBList.begin()).ID<<"到达，将其放在最后队列尾部"<<endl;
140 cout<<endl;
141 Ready[0].push(*PCBList.begin());
142 PCBList.erase(PCBList.begin());
143 i = -1;
144 break;
145 }
146 if (Ready[i].front().FinishTime + timeslice[i] < Ready[i].front().ServerTime) //时间片用完没运行完,加入队尾
147 { cout<<"当前时刻:"<<BeginTime+ timeslice[i]<<" 当前就绪队列:"<<i<<endl;
148 cout<<"当前进程"<<Ready[i].front().ID<<"在时间片内没有运行完，加入该队列尾部！"<<endl;
149 cout<<endl;
150 Ready[i].front().FinishTime += timeslice[i] ;
151 Ready[i].push(Ready[i].front());
152 Ready[i].pop();
153 BeginTime += timeslice[i] ;
154 }
155 else //此作业运行完
156 {
157 BeginTime += Ready[i].front().ServerTime - Ready[i].front().FinishTime;
158 Ready[i].front().FinishTime = BeginTime;
159 Ready[i].front().TurnoverTime = Ready[i].front().FinishTime - Ready[i].front().ComeTime;
160 Ready[i].front().WeightedTurnoverTime = (double)Ready[i].front().TurnoverTime / Ready[i].front().ServerTime;
161 cout<<"当前时刻:"<<BeginTime<<" 当前就绪队列:"<<i<<endl;
162 cout<<"当前进程"<< Ready[i].front().ID<<"在时间片内运行完！"<<endl;
163 cout<<endl;
164 //从就绪队列中移除作业
165 result.push_back(Ready[i].front());
166 Ready[i].pop();
167 }
168 }
169 }
170 }
171 }
172
173 //按ComeTime升序排序，便于显示结果
174 PCBList = result;
175 sort(PCBList.begin(), PCBList.end(), CmpByComeTime);
176 }
177
178 //显示结果
179 void show(vector<PCB> &PCBList)
180 {
181 int SumTurnoverTime = 0;
182 double SumWeightedTurnoverTime = 0;
183
184 cout<<"标识符 "<<"达到时间 "<<"服务时间 "<<"完成时间 "<<"周转时间 "<<"带权周转时间" <<endl;
185
186 for (vector<PCB>::iterator it = PCBList.begin(); it < PCBList.end(); ++it){
187 cout<<(*it).ID<<" "<<(*it).ComeTime<<" "<< (*it).ServerTime<<" "<<(*it).FinishTime<<" "<<(*it).TurnoverTime<<" "<< (*it).WeightedTurnoverTime<<endl;
188 SumTurnoverTime+=(*it).TurnoverTime;
189 SumWeightedTurnoverTime+=(*it).WeightedTurnoverTime;
190 }
191
192 cout << "平均周转时间: " << (double)SumTurnoverTime / PCBList.size() << endl;
193 cout << "平均带权周转时间: " << SumWeightedTurnoverTime / PCBList.size() << endl;
194 }
195
196 //比较函数，按ComeTime升序排列
197
198
199
200 int main()
201 {
202 vector<PCB> PCBList;//动态数组存放进程
203
204 InputPCB(PCBList, timeslice);//输入时间片大小，作业信息
205
206 MFQ(PCBList, timeslice);
207
208 show(PCBList);//显示结果
209
210 return 0;
211 }
212
5.实例测试
结果分析：
如图5所示，0时刻，1进程到达，运行1个时间片2，此时进程没有运行完，加入下一队列，进程2到达，转到队列0调度进程2，运行1个时间片2，进入队列1队尾等待。
时刻4开始，第一队列为空，此时调度第二队列，在进程1运行1个时间片4，没有运行完，加入队列2。
时刻8，进程3到达，加入到第一队列尾部，调度进程3，进程3运行1个时间片2之后，加入下一队列。
时刻10，队列1中进程2开始运行，时刻12运行结束。删除进程2.进程3开始运行，当前时间片内运行不完，加到队列2队尾。
时刻16，进入队列2，调度进程1进行运行，时刻20，进程1运行结束，删除进程1。运行进程3，在当前时间片下不能运行完，则加入队列2。
时刻28，进入队列2，调度进程3，时刻29运行完毕。
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