进程状态变换模拟

问题：

编写一个程序，模拟若干进程调度执行的情况。假设进程的状态分为执行和就绪两种。每个进程以其PCB为代表即可，无需创建真正的进程。以链表的方式组织PCB，分为三个队列：
freeQueue：一个空白PCB队列
readyQueue：一个就绪队列
runningQueue：一个执行队列


程序开始运行时，用户输入进程数量n，以及每个进程需要运行的时间t0/t1/…/tn。程序从空白PCB队列中取出PCB创建进程，插入readyQueue。


进程的调度采用随机的方式，即从就绪队列中随机选择一个进程投入运行（就是将该PCB中的状态变量赋值为“运行”）。相应的修改其所在队列，并且原来处于运行态的进程需要转变为“就绪”态，插入readyQueue。


假设时间片是1，进程每次调度运行后，其还需运行的时间应该减少2，直至为0，即表示该进程执行完毕。需要回收PCB到freeQueue。


每次发生调度的时候，需要打印信息示例：
Sched: P0(Running -> Ready), P3(Ready -> Running)
Running: P3
Ready: P1->P2->P0
上述信息表示调度时P0处于运行态，选择P3运行，P0进程的PCB进入就绪队列，并且在队尾。就绪队列是按照队列节点次序输出进程名称。

思路描述：

用链表维护题目中的三个队列，按题目要求进行操作即可。

为了不在输出格式上花太多时间，我假设只输入个位数个进程。

为了加快产生随机数的速度，我用了一个数组存储了下ReadyQueue中的进程Pid,具体见代码。

关键代码解释：

见源代码吧，源代码有非常详细的注释。

程序源代码：

#include<stdio.h>#include<time.h>#include<stdlib.h>#define ready 1#define running 2#define ts 1 /* time slice */struct PCB {    int pid;    /* 进程ID  */    int pstate;  /* 进程状态 */    char *pname; /* 映象名称 */    int ptime;   /* 剩余运行时间 */    struct PCB *pnext;  /* 下一个PCB */};int allTime = 0;//记录总共要运行的时间int n;//进程数 int readyQueuePid[10];//用来存ReadyQueue中Pid，加快产生随机数的速度 struct PCB *initReadyQueue() {int i;printf("请输入进程数量：\n");scanf("%d",&n);printf("请输入每个进程需要运行的时间\n");//创建ReadyQueue头指针struct PCB *readyQueueHead = (struct PCB *)malloc(sizeof(struct PCB));struct PCB *p = readyQueueHead;for(i = 0;i < n;i++) {char *tempPname = (char *)malloc(3);  tempPname[0] = 'P';//简单点，让我们假设进程只有个位数个  tempPname[1] = i+'0';  tempPname[2] = '\0';        struct PCB *q = (struct PCB *)malloc(sizeof(struct PCB));q->pid = i;q->pstate = ready; q->pname = tempPname;scanf("%d",&q->ptime);allTime += q->ptime; p->pnext = q;p = q;}p->pnext = NULL;return readyQueueHead;}//在就绪队列找到要取出的进程的前一个节点的位置 struct PCB *findReadyQueuePrePosition(struct PCB *head,int pid) {struct PCB * p = head;while(p->pnext != NULL && p->pnext->pid != pid) {p = p->pnext;}return p;}//找到就绪队列最后一个节点的位置 struct PCB *findReadyQueueEndPosition(struct PCB *head) {struct PCB *p = head;while(p->pnext) {p = p->pnext;}return p;}//输出ReadyQueue的映象名称 void printReadyQueuePname(struct PCB *head) {struct PCB *p = head->pnext;if(!p) {return;}printf("Ready:");printf("%s",p->pname);p = p->pnext;while(p) {printf("->%s",p->pname);p = p->pnext;}printf("\n"); }//每次发生调度的时候，打印信息示例(flag位判断是要free还是ready)void showInformation(int randPid,int runningQueueFirstNodeId,struct PCB *readyQueueHead,int flag) { //开始第一次RunningQueue为空的情况单独处理if(runningQueueFirstNodeId == -1) {printf("Sched:P%d(Ready -> Running)\n",randPid); printf("Running:P%d\n",randPid); printReadyQueuePname(readyQueueHead);printf("\n"); return;}if(flag == 0) {printf("Sched:P%d(Running -> Free),P%d(Ready -> Running)\n",runningQueueFirstNodeId,randPid); printf("Running:P%d\n",randPid); printReadyQueuePname(readyQueueHead);printf("\n");} else {printf("Sched:P%d(Running -> Ready),P%d(Ready -> Running)\n",runningQueueFirstNodeId,randPid); printf("Running:P%d\n",randPid); printReadyQueuePname(readyQueueHead);printf("\n");}}//获取ReadyQueue中现有的Pid，用于产生randPid void getReadyQueuePid(struct PCB *head) {struct PCB *p = head->pnext;//没存Pid的赋值为-1 int i;for(i = 0;i < 10;i++) { readyQueuePid[i] = -1;}if(!p) {return;}i = 0;while(p) {readyQueuePid[i++] = p->pid;p = p->pnext;}}//使产生的随机数是不是既不在FreeQueue队列中，也不再RunningQueue队列中 int getRandPid(struct PCB *head) {//防止最后只有一个进程在跑，出现num = 0，导致程序奔溃的情况 if(head->pnext == NULL) {return -1;} getReadyQueuePid(head);int randPid,i;int num = 0;//用来统计此时ReadyQueue中有几个进程 //因为我假设只有个位数个进程，所以取到10 for(i = 0;i < 10;i++) {if(readyQueuePid[i] == -1) {break;}}num = i;srand((unsigned)time(NULL));randPid = readyQueuePid[rand()%num];return randPid;}//开始运行这些进程（传入的参数是ReadyQueue的头指针） void run(struct PCB *head) {int randPid;//记录ReadyQueue中随机产生的进程ID //用来判断在RunningQueue中执行完的进程是应该//加入FreeQueue还是ReadyQueue int flag = 1;//RunningQueue第一个节点的进程ID int runningQueueFirstNodeId = -1;//FreeQueueHead维持一个指向最后一个节点的指针 struct PCB *freeQueueHead = (struct PCB *)malloc(sizeof(struct PCB)); struct PCB *freeQueueEndPointer = freeQueueHead; freeQueueEndPointer->pnext = NULL;  //RunningQueue初始化struct PCB *runningQueueHead = (struct PCB *)malloc(sizeof(struct PCB)); runningQueueHead->pnext = NULL;//执行进程 while(allTime--) {//如果该进程执行完毕，加入FreeQueue中 if(runningQueueHead->pnext != NULL && runningQueueHead->pnext->ptime == 0) {runningQueueFirstNodeId = runningQueueHead->pnext->pid;  freeQueueEndPointer->pnext = runningQueueHead->pnext;runningQueueHead->pnext = NULL;freeQueueEndPointer = freeQueueEndPointer->pnext;freeQueueEndPointer->pnext = NULL;flag = 0;//加入FreeQueue的标志 }//产生随机编号,确保其既不在FreeQueue队列中，//也不再RunningQueue队列中 randPid  = getRandPid(head);//最后只有一个进程一直在占用时间片的情况 if(randPid == -1) {printf("Sched:P%d(Running -> Free)\n",runningQueueHead->pnext->pid);printf("Running:P%d\n",runningQueueHead->pnext->pid); printf("\n");continue;} //找到ReadyQueue队列中目标节点的前一个节点 struct PCB *readyQueuePrePosition = findReadyQueuePrePosition(head,randPid);//找到ReadyQueue队列中的最后一个节点 struct PCB *readyQueueEndPosition = findReadyQueueEndPosition(head);//将ReadyQueue的最后一个节点指向RunningQueue的第一个节点，//RunningQueue的第一个节点为空其实也没关系//如果该进程已经运行完加入了FreeQueue,这里将不会调用，也不会对下面//造成影响，其实就是相当于第一次RunningQueue为空的情况 if(runningQueueHead->pnext != NULL) {//便于后期打印进程调度信息 runningQueueFirstNodeId = runningQueueHead->pnext->pid;} readyQueueEndPosition->pnext = runningQueueHead->pnext;if(runningQueueHead->pnext) {//确保ReadyQueue最后一个节点的指针指向空 runningQueueHead->pnext->pnext = NULL;runningQueueHead->pnext->pstate = ready;}runningQueueHead->pnext = readyQueuePrePosition->pnext;readyQueuePrePosition->pnext = readyQueuePrePosition->pnext->pnext;//确保RunningQueue最后一个节点的指针指向空  runningQueueHead->pnext->pnext = NULL;runningQueueHead->pnext->pstate = running;runningQueueHead->pnext->ptime -= 1;//打印出相关信息 //因为runningQueueFirstNodeId初始化为-1，如果不为-1，证明已经//RunningQueue中已经有东西了，不为空 showInformation(randPid,runningQueueFirstNodeId,head,flag);flag = 1; }printf("Sched:P%d(Running -> Free)\n",runningQueueHead->pnext->pid);printf("\n"); }int main() {int n,i,tempPid;int tempTime;//暂存用户输入的进程运行时间int needStop = 1;//判断是否所有进程执行完毕struct PCB *readyQueueHead = initReadyQueue();//开始运行     run(readyQueueHead);}

程序某次运行结果如下：

体会：

复习了下C指针和数据结构链表的相关知识。

其实编程过程中比较恶心的是一些边界情况，特殊情况的处理，比如runningQueue开始为空要不要单独拿出来讨论下，随机取到的节点如果是最后一个节点要不要单独拿出来讨论下，最后可能会有一个进程一直占用时间片这些情况。不过其实只要编程动手之前想清楚，其实这些情况是可以整合到一般情况中去得。所以提醒我想清楚再动手，否者代码会写的又臭又长的。