进程管理的模拟程序_实验一熟悉C语言的运行环境

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计算机操作系统实验一模拟进程管理（C语言）

这星期开始上计算机操作系统的实验课，打算把每个实验的内容和思路记录一下

实验目的

1、理解进程的概念，明确进程和程序的区别。

2、理解并发执行的实质。

3、掌握进程的创建、睡眠、撤销等进程控制方法。

实验内容与基本要求

用C，C++等语言编写程序，模拟实现创建新的进程；查看运行进程；换出某个进程；杀死进程等功能。

实验报告内容

1.进程、进程控制块等的基本原理

a.为了能使程序并发执行，并且可以对并发执行的程序加以描述和控制，引入了“进程”的概念。它是资源分配和独立运行的基本单位。

b.进程控制块（PCB）是操作系统为进程配置的一个专门的数据结构。系统利用PCB来描述进程的基本情况和活动过程，进而控制和管理进程。

进程PCB可以包含

/* |进程ID| |进程优先级| |进程大小（进程执行时间| |进程内容| |进程状态| |指针| */

2.进程过程图

以传统菜单的形式呈现功能。

1.创建新的进程 2.查看运行进程”

3.换出某个进程 4.杀死运行进程”

5.唤醒某个进程 6.退出程序 “

实现思路及功能分析

系统利用进程控制块(Process Control Block，PCB)来描述系统的基本情况和活动过程，要进行进程管理，实际上就是在操作进程的PCB。因此要求模拟进程管理，首先要模拟出PCB的结构，再实现它的创建、撤销等操作。

一般来说，进程拥有三种基本状态：就绪、执行、阻塞。在引入了挂起原语操作后，还会细分为活动就绪、静止就绪、活动阻塞、静止阻塞。在我的理解中，活动与静止的区别就是，活动时进程是在主存中的，而静止时进程已经被调到了辅存里。

在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态，而在多处理机系统中，能有多个进程处于执行状态。因此在这里我们不将执行状态与就绪状态特别区分开来，只设置两个链表，一个链表用于保存处于执行(或就绪)状态的进程，一个链表用于保存处于阻塞状态的进程。

当然，如果想模拟单处理机系统的话，也可以将处于就绪状态链表的第一个结点默认设置为执行状态，当有优先度更高的进程时，让它成为执行状态，插入链表头部，原有的第一个结点转为就绪状态即可。但是本实验中不涉及优先级调度的算法，所以就简化处理了。

同样，我们模拟内存的大小，例如理论上可以同时运行20个进程，那么将处于执行状态的进程转为阻塞状态时，可以看做把它转移到了辅存中。但是不区分活动阻塞、静止阻塞，只是简单地设置成运行进程个数的变化。

总的来说，我们这次试验的思路是

设置两个单链表，一个用于存储运行的进程，一个用于存储阻塞状态的进程
默认内存中可以存放最多20个进程，将处于运行队列的进程看作在内存中，阻塞状态不在内存中
进程创建，则去申请内存空间，填写完进程信息后直接加入运行队列
杀死进程，则将进程从运行队列中删除，并直接释放
进程的换出与唤醒，就是让进程在运行队列与阻塞队列之间转换(进程自己的状态也发生改变)
为了操作简便，额外写了几个辅助函数来使用

流程图

全部代码

工程图

ProcessControl.h

//
// ProcessControl.h
// ProcessControlTest
//
// Created by Apple on 2019/10/13.
// Copyright © 2019 Yao YongXin. All rights reserved.
//

#ifndef ProcessControl_h
#define ProcessControl_h

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

//最大内存的大小
#define MAX_SIZE 20

//线程状态：运行(就绪) 阻塞
enum process_type{ 
   
    process_type_running = 1000,
    process_type_block = -1000,
    process_type_ready = 500
};

//进程控制块结构体
typedef struct PCB_Type{ 
   
    //进程的id
    int pid;
    //进程的优先级
    int priority;
    //进程大小（执行时间）
    int size;
    //进程内容
    char content[20];
    //进程的状态 执行 阻塞
    int state;
    //下一个要执行的进程
    struct PCB_Type *next;
}PCB;

//创建新的进程
void create(PCB *running_list,PCB *block_list,int *size);
//查看运行进程
void show_running(PCB *running_list);
//换出某个进程
void change(PCB *running_list,PCB *block_list,int *size);
//杀死运行进程
void killed(PCB *running_list,int *size);
//唤醒某个进程
void wake_up(PCB *running_list,PCB *block_list,int *size);

//判断在运行(就绪)队列中是否存在有该pid值的进程 0->不存在 1->存在
int exist_in_running(PCB *running_list,int pid);
//判断在阻塞队列中是否存在有该pid值的进程 0->不存在 1->存在
int exist_in_block(PCB *block_list,int pid);
//通过pid寻找进程的位置(返回其前一个结点的地址
PCB *find(PCB *list,int pid);

#endif /* ProcessControl_h */

ProcessControl.c

//
// ProcessControl.c
// ProcessControlTest
//
// Created by Apple on 2019/10/13.
// Copyright © 2019 Yao YongXin. All rights reserved.
//

#include "ProcessControl.h"

//创建新的进程
void create(PCB *running_list,PCB *block_list,int *size){ 
   
    if (*size >= MAX_SIZE) { 
   
        //内存不足，无法创建
        printf("内存不足，无法创建新的进程\n");
        return;
    }
    //申请一个内存控制块的空间
    PCB *p = (PCB *)malloc(sizeof(PCB));
    assert(p != NULL);
    
    //设置该控制块的id值
    int pid;
    printf("请输入新进程的pid:\n");
    scanf("%d",&pid);
    
    //判断pid值是否重复
    if (exist_in_running(running_list, pid)) { 
   
        printf("该值已存在!\n");
        return;
    }
    if (exist_in_block(block_list, pid)) { 
   
        printf("该值已存在!\n");
        return;
    }
    //没重复，保存
    p->pid = pid;
    
    //设置该控制块的其他值
    printf("请输入新进程的优先级:\n");
    scanf("%d",&p->priority);
    printf("请输入新进程的大小:\n");
    scanf("%d",&p->size);
    printf("请输入新进程的内容:\n");
    scanf("%s",p->content);
    p->state = process_type_running;
    p->next = NULL;
    
    //放入就绪队列中
    PCB *s = running_list;
    while (s->next != NULL) { 
   
        s = s->next;
    }
    s->next = p;
    
    //进程数量+1
    *size = *size + 1;
}

//查看运行进程
void show_running(PCB *running_list){ 
   
    PCB *s = running_list->next;
    if (s == NULL) { 
   
        printf("没有正在运行的进程\n");
        return;
    }
    
    while (s != NULL) { 
   
        printf("进程id:%d\n",s->pid);
        printf("进程优先级:%d\n",s->priority);
        printf("进程大小:%d\n",s->size);
        printf("进程内容:%s\n",s->content);
        printf("___________\n");
        
        s = s->next;
    }
}

//换出某个进程
void change(PCB *running_list,PCB *block_list,int *size){ 
   
    if (*size == 0) { 
   
        printf("无可换出的进程\n");
        return;
    }
    
    int pid;
    printf("请输入需要换出进程的id:\n");
    scanf("%d",&pid);
    //查看该线程是否在就绪队列中
    if (exist_in_running(running_list, pid)) { 
   
        //存在，找到该线程的位置（返回的是前一个结点的地址
        PCB *s = find(running_list, pid);
        //修改线程状态
        s->next->state = process_type_block;
        
        //将该线程存入阻塞队列中
        //寻找插入位置
        PCB *p = block_list;
        while (p->next != NULL) { 
   
            p = p->next;
        }
        //插入
        p->next = s->next;
        
        //将该线程从就绪队列中移出
        s->next = s->next->next;
        
        //将该线程的next重置为空
        p->next->next = NULL;
        
        *size = *size - 1;
        printf("成功换出\n");
    }else{ 
   
        printf("该线程不存在或已处于阻塞状态\n");
    }
}

//杀死运行进程
void killed(PCB *running_list,int *size){ 
   
    if (*size == 0) { 
   
        printf("无可杀死的进程\n");
        return;
    }
    
    int pid;
    printf("请输入要杀死的进程id:\n");
    scanf("%d",&pid);
    //判断该进程是否存在
    if (exist_in_running(running_list, pid)) { 
   
        //存在,找到该线程的位置(返回的是前一个结点的地址
        PCB *s = find(running_list, pid);
        //保存该线程的地址，用于释放
        PCB *thisThread = s->next;
        //将该线程从就绪队列移出
        s->next = s->next->next;
        *size = *size - 1;
        
        //直接释放掉该线程
        free(thisThread);
        printf("成功杀死\n");
    }else{ 
   
        printf("该线程不存在或已处于阻塞状态\n");
    }
}

//唤醒某个进程
void wake_up(PCB *running_list,PCB *block_list,int *size){ 
   
    PCB *s = block_list;
    if (s->next == NULL) { 
   
        printf("没有可唤醒的线程\n");
        return;
    }
    
    int pid;
    printf("请输入要唤醒的进程id:\n");
    scanf("%d",&pid);
    //判断该进程是否存在
    if (exist_in_block(block_list, pid)) { 
   
        //存在，查找到该线程的位置(返回的是前一个结点的地址
        s = find(block_list, pid);
        //修改线程状态
        s->next->state = process_type_running;
        
        //将该线程存入就绪队列中
        //寻找插入位置(最后一位)
        PCB *p = running_list;
        while (p->next != NULL) { 
   
            p = p->next;
        }
        //插入
        p->next = s->next;
        
        //将该线程从阻塞队列中取出
        s->next = s->next->next;
        
        //将该线程的next值重置为null
        p->next->next = NULL;
        
        *size = *size + 1;
        printf("唤醒成功\n");
    }else{ 
   
        printf("该线程不存在\n");
    }
}

//判断在就绪队列中是否存在有该pid值的进程 0->不存在 1->存在
int exist_in_running(PCB *running_list,int pid){ 
   
    int result = 0;
    
    PCB *s = running_list->next;
    //遍历执行状态的链表
    while (s != NULL) { 
   
        if (s->pid == pid) { 
   
            //存在，直接返回
            result = 1;
            break;
        }
        s = s->next;
    }
    return result;
}
//判断在阻塞队列中是否存在有该pid值的进程 0->不存在 1->存在
int exist_in_block(PCB *block_list,int pid){ 
   
    int result = 0;
    
    //遍历阻塞状态的链表
    PCB *s = block_list->next;
    while (s != NULL) { 
   
        if (s->pid == pid) { 
   
            //存在，直接返回
            result = 1;
            break;
        }
        s = s->next;
    }
    
    return result;
}

//通过pid寻找进程的位置(返回其前一个结点的地址
PCB *find(PCB *list,int pid){ 
   
    PCB *s = list;
    
    while (s->next != NULL) { 
   
        if (s->next->pid == pid) { 
   
            return s;
        }
        s = s->next;
    }
    
    return NULL;
}

main.c

//
// main.c
// ProcessControlTest
//
// Created by Apple on 2019/10/13.
// Copyright © 2019 Yao YongXin. All rights reserved.
//

#include "ProcessControl.h"

void showLine(){ 
   
    printf("**************************\n");
}

int main(int argc, const char * argv[]) { 
   
    
    //运行(就绪)队列(头结点不储存信息)
    PCB *running_list = (PCB *)malloc(sizeof(PCB));
    running_list->next = NULL;
    
    //阻塞队列(头结点不储存信息)
    PCB *block_list = (PCB *)malloc(sizeof(PCB));
    block_list->next = NULL;
    
    //当前运行的线程数量
    int storage_number = 0;
    
    int choose = 1;
    while (choose) { 
   
        //展示菜单
        showLine();
        printf("* 进程演示系统 *\n");
        showLine();
        printf("1.创建新的进程 2.查看运行进程\n");
        printf("3.换出某个进程 4.杀死运行进程\n");
        printf("5.唤醒某个进程 6.退出程序 \n");
        showLine();
             
        printf("请选择(1~6):\n");
        scanf("%d",&choose);
             
        switch (choose) { 
   
            case 1:
                //创建新的进程
                create(running_list, block_list, &storage_number);
                break;
            case 2:
                //查看运行进程
                show_running(running_list);
                break;
            case 3:
                //换出某个进程
                change(running_list, block_list, &storage_number);
                break;
            case 4:
                //杀死运行进程
                killed(running_list, &storage_number);
                break;
            case 5:
                //唤醒某个进程
                wake_up(running_list, block_list, &storage_number);
                break;
            case 6:
                return 0;
            default:
                printf("没有这个选项!\n");
                break;
        }
             
    }
      
    return 0;
}

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