目錄

• 一、需求分析
• • 1.題目要求
  • 2.用戶進程分析
  • 3.SPOOLING輸出進程分析
  • 4.并發分析
• 二、整體功能及設計
• • 1.功能劃分
  • 2.初始化函數
  • 3.調度函數
  • 4.用戶進程函數
  • 5.SPOOLING輸出函數
• 三、編程實現
• • 1.數據結構
  • • 1.1 用戶進程PCB
    • 1.2 輸出請求塊OutPutReqBlock
    • 1.3 輸出井OutputWell
  • 2.初始化函數
  • 3.調度函數
  • 4.用戶進程函數
  • 5.SPOOLING輸出函數
  • 6.主函數
  • 7.參數說明
• 四、使用說明
• • 1.界面
  • 2.初始化
  • 3.結果展示
• 五、結果分析
• 六、源碼

一、需求分析

1.題目要求

要求設計一個SPOOLING輸出進程和兩個請求輸出的用戶進程，以及一個SPOOLING輸出服務程序。當請求輸出的用戶進程希望輸出一系列信息時，調用輸出服務程序，由輸出服務程序將該信息送入輸出井。待遇到一個輸出結束標志時，表示進程該次的輸出文件輸出結束。之后，申請一個輸出請求塊(用來記錄請求輸出的用戶進程的名字、信息在輸出井中的位置、要輸出信息的長度等)，等待SPOOLING進程進行輸出。

SPOOLING輸出進程工作時，根據請求塊記錄的各進程要輸出的信息，將其實際輸出到打印機或顯示器。這里，SP00LING輸出進程與請求輸出的用戶進程可并發運行。

進程調度采用隨機算法，這與進程輸出信息的隨機性相一致。兩個請求輸出的用戶進程的調度概率各為45％，SPOOLING輸出進程為10％，這由隨機數發生器產生的隨機數來模擬決定。

進程基本狀態有3種，分別為可執行、等待和結束。可執行態就是進程正在運行或等待調度的狀態；等待狀態又分為等待狀態1、等待狀態2和等待狀態3。

狀態變化的條件為：

①進程執行完成時，置為“結束”態。

②服務程序在將輸出信息送輸出井時，如發現輸出井已滿，將調用進程置為“等待狀態1”。

③SPOOLING進程在進行輸出時，若輸出井空，則進入“等待狀態2”。

④SPOOLING進程輸出一個信息塊后，應立即釋放該信息塊所占的輸出井空間，并將正在等待輸出的進程置為“可執行狀態”。

⑤服務程序在輸出信息到輸出井并形成輸出請求信息塊后，若SPOOLING進程處于等待態，則將其置為“可執行狀態”。

⑥當用戶進程申請請求輸出塊時，若沒有可用請求塊時，調用進程進入“等待狀態3”。

2.用戶進程分析

系統中一共有兩個請求輸出的用戶進程，兩個進程分別命名為用戶進程A和用戶進程B。用戶需要輸出的文件可能不止一個，文件之間由一個輸出結束標志隔開，本文實驗采用的文件輸出結束標志為#號。

用戶需要在初始化階段輸入要進行輸出的全部文件內容，然后存進一個數組中。在用戶進程被調度時，如果滿足以下三個條件：當前還有文件沒有被輸出、輸出井中剩余空間能夠放下該文件、有可用的輸出請求塊，就將該文件送到輸出井，然后申請一個輸出請求塊，加入請求塊等待隊列，等待SPOOLING輸出進程進行調度輸出。

3.SPOOLING輸出進程分析

輪到SPOOLING輸出進程占用CPU時，SPOOLING輸出進程首先檢查請求塊等待隊列中是否有輸出塊需要輸出，沒有就進入等待狀態。否則，進行輸出，然后釋放輸出井空間以及相應的請求輸出塊，并喚醒因為沒有可用輸出塊而陷入沉睡的用戶進程。

4.并發分析

SPOOLING輸出進程與用戶進程可以并發執行。本文將進程的一次執行過程（執行后進程不一定結束）抽象成一個函數，每次先產生一個隨機數，根據隨機數執行某一進程，如果該進程因為某些情況被阻塞，則產生下一個隨機數，調度另外的進程。用戶進程和SPOOLING輸出進程因為各種原因被輪流調度，即為并發執行。

二、整體功能及設計

1.功能劃分

整個系統的功能分為以下幾個部分：初始化函數、調度函數、用戶進程函數、SPOOLING輸出函數。初始化函數用于實現用戶文件的初始輸入與保存；調度函數實現用戶進程和SPOOLING輸出進程間的切換；用戶進程函數實現進程被調度后所完成的一系列動作；SPOOLING輸出函數表示輸出操作。

系統運行總的流程圖如圖1所示：

系統首先利用初始化函數對用戶輸入的內容進行初始化，然后產生一個0到1之間的隨機數R，根據R的大小判斷當前應該執行用戶進程還是輸出進程。等用戶進程和輸出進程都執行完畢后，程序運行結束，否則繼續進行調度。

2.初始化函數

用戶需要輸入自己想要“打印”的內容，初始化函數接受用戶輸入的內容后按照文件結束符進行切割，并將切割好的文件放入一個數組中，等用戶進程被調度時再將其送往輸出井中。

3.調度函數

進程調度采用隨機算法，兩個請求輸出的用戶進程的調度概率各為45％，SPOOLING輸出進程為10％，本文采用隨機數來實現這一要求。進行進程調度時，隨機生成一個0到1之間的小數。如果該數小于等于0.45就將用戶進程A投入運行；如果該數處于0.45到0.9之間，就將用戶進程B投入運行；如果該數大于0.9，就將SPOOLING輸出進程投入運行。

4.用戶進程函數

用戶進程函數首先需要檢查當前進程是否滿足三個條件：還有文件沒有被輸出、輸出井中剩余空間能夠放下該文件、有可用的輸出請求塊，滿足三個條件就將該文件送到輸出井并申請相應請求塊。

用戶進程函數執行的流程圖如圖2所示：

用戶進程執行時，如果發現文件已經輸出完畢，則進程運行結束。否則判斷輸出井是否有剩余空間，無進入等待狀態1。輸出井有剩余空間繼續判斷是否有可用輸出塊，有就將文件送往輸出井并請求一個輸出塊，并喚醒可能沉睡的輸出進程，否則進入等待狀態3。

5.SPOOLING輸出函數

SPOOLING輸出函數檢查是否有可輸出的請求塊，有則進行輸出并釋放相關資源，否則SPOOLING輸出進程等待。

SPOOLING輸出函數的流程圖如圖3所示：

三、編程實現

1.數據結構

1.1 用戶進程PCB

PCB的定義如下：

class PCB {/** 進程描述*/public int id; //序號public int status; //狀態，0表示可執行，123表示三個等待狀態，4表示結束public string[] contents = new string[MaxFileCount]; //要輸出的內容public int[] flags = new int[MaxFileCount]; //為1表示該文件已經被輸出，初始全部為0public int fileCount; //用戶真實輸入的文件個數 }

用戶進程中包括序號id、進程狀態status、要輸出的內容contents、文件輸出標志flags以及真實文件個數fileCount。

其中，用戶進程可能存在的進程狀態有：0表示可執行狀態、1表示等待狀態1、3表示等待狀態3、4表示進程結束。

1.2 輸出請求塊OutPutReqBlock

OutPutReqBlock定義如下：

class OutputReqBlock {/** 輸出請求塊*/public int id; //要求進行輸出的進程的idpublic int start; //文件在輸出井中的起始位置public int length; //文件長度public int fileIndex; //要輸出文件的序號public OutputReqBlock(int id, int start, int length, int fileIndex) {this.id = id;this.start = start;this.length = length;this.fileIndex = fileIndex;} }

請求輸出塊中包括：請求該請求塊的進程id，文件在輸出井中的起始位置start、文件長度length、要輸出的文件在用戶所有文件中的序號。

1.3 輸出井OutputWell

OutputWell的定義如下：

class OutputWell {/** 輸出井*/public char[] buffer = new char[MaxWellLen]; //輸出緩沖區public int begin = 0; //當前可用位置public int restSize = MaxWellLen; //剩余容量 }

輸出井的參數有：緩沖區buffer，用于存放用戶放入的數據；當前可用位置begin，文件在輸出井中按順序存放，begin始終指向當前可用緩沖區的起始位置；剩余容量restSize，緩沖區中剩余的容量，初始時為緩沖區長度MaxWellLen。

2.初始化函數

用戶在文本框中輸入要“打印”的信息，然后選擇輸出內容屬于哪一個進程（A or B），最后點擊初始化按鈕，即可啟動初始化函數。初始化函數首先利用一個string對象存儲用戶輸入的內容。隨后，檢查用戶輸入的內容是否以#號結尾，不合法則提示用戶重新輸入。輸入合法后，將用戶輸入的內容按#號進行切割，切割形成多個字符串，最后利用生成的各項信息初始化一個PCB對象，放入等待隊列waitQueue中。

由于用戶可能多次點擊初始化按鈕，所以每次點擊前需要判斷當前進程是否已經初始化完成，如果已經初始化完成用戶卻再次點擊初始化按鈕，則會覆蓋原來的內容。

輸出井在系統界面進行加載時自動初始化。

初始化函數代碼略！

3.調度函數

為了實現隨機性，每次要進行調度時，就利用C#的Random函數生成一個0到1之間的隨機數。如果該隨機數小于等于0.45表示接下來要調度用戶進程A；如果該隨機數處于0.45到0.9之間表示接下來要調度用戶進程B；如果該隨機數大于0.9表示接下來要調度SPOOLING輸出進程。

調度函數的實現如下：

private int dispatch() {/** 進程調度*/double res = rd.NextDouble(); //產生一個01之間的小數if(res <= 0.45) {return 0;}else if(res <= 0.9) {return 1;}else {return 2; //012分別表示兩個進程和SPOOLing輸出進程} }

4.用戶進程函數

用于實現用戶進程運行時所進行的一系列操作。

用戶進程被調度時，首先檢查是否還有文件未送到輸出井，沒有則置當前用戶進程為結束狀態，函數返回。

用戶進程尚未結束，說明還有文件未被送入輸出井。循環查找一個尚未輸出的文件塊（相應flag標志為1），接著查詢輸出井中的剩余空間是否還能放下此文件塊，如果不能，將進程狀態置為等待狀態1，函數返回。若還有剩余空間，接著檢查是否還有可用的請求輸出塊，如果沒有將進程置為等待狀態3，函數返回。否則將文件塊送入輸出井并修改輸出井相關參數，然后申請一個請求輸出塊，放入輸出隊列printQueue中，等待SPOOLING輸出進程被調度時進行打印輸出。最后，如果SPOOLING輸出進程處于等待狀態，該用戶進程需要將其喚醒。

用戶進程函數運行時的各種情況通過一個列表進行保存，用于最后的結果展示。列表內容包括：當前調度序號、進程號、進程狀態、輸出井狀態、可用請求塊個數、文件序號、文件長度。

用戶進程函數代碼略！

5.SPOOLING輸出函數

輸出函數的功能是選擇一個請求輸出塊，然后對其中的內容進行輸出，最后釋放掉相應資源。

首先檢查輸出井是否為空，空就置輸出進程為等待狀態2，函數返回。否則檢查請求輸出隊列中是否有需要輸出的請求輸出塊，沒有函數返回。否則從請求輸出隊列中取出隊首的請求輸出塊，然后輸出請求塊，并釋放相應的輸出井空間和請求塊。

輸出函數進行輸出時，要將輸出內容顯示到文件輸出區域。

輸出函數代碼略！

6.主函數

用戶點擊“程序運行”按鈕后開始運行主函數，主函數中根據當前情況來動態調整運行的進程。

主函數首先判斷兩個用戶進程是否都已經初始化完畢，初始化完畢才能運行，否則提示出錯。

初始化完畢后再次點擊“程序運行”按鈕，只要有一個進程未處于結束狀態，或者有一個請求塊尚未被輸出，則繼續調度。調度時要判斷當前進程是否已經結束，結束就輸出相關狀態。

主函數代碼略！

7.參數說明

實驗中用到的各種參數說明如表1所示：

參數名稱MaxWellLenMaxFileCountblockCount

參數說明	輸出井長度	一個用戶可以輸出的最大文件數	請求塊個數
參數值	15	10	3

四、使用說明

1.界面

系統界面如圖4所示：

系統界面分為三個版塊：初始化、調度過程以及文件輸出區。初始化版塊包含一個文本框、一個選擇框、一個按鈕，用戶在文本框中輸入需要打印的文件，然后進行初始化。調度過程版塊主要為一個表格，用于展示進程調度的詳細過程。文件輸出區版塊用于展示所有文件的打印過程。

2.初始化

用戶首先選擇一個進程，初始默認為A，隨后將要輸出的文件放入初始化版塊的文本框中，然后點擊初始化按鈕，初始化成功，如圖5所示：

對于進程B同進行上述操作，如圖6所示：

3.結果展示

兩個用戶進程初始化完成后，點擊程序運行按鈕，結果展示如圖7和圖8所示：

五、結果分析

下面對圖7內容做簡單分析。如圖9所示：

第1次調度了輸出進程，因為此時輸出井空，所以輸出進程狀態為等待狀態2，此時可用請求塊個數為3。第2次調度進程A，進程A狀態為可執行，可用請求塊個數為3，A將文件0送到輸出井，文件0（“abcd”）長度為4。第3次調度輸出進程，輸出井可用空間為15-4=11，可用請求塊個數變為2，輸出A進程的文件0，如文件輸出區所示，并釋放相關空間。

六、源碼

暫無。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于C# winform的操作系统课程设计：SPOOLING假脱机输入输出技术模拟的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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