一、实验目的：

1. 了解多道批处理系统的工作原理和调度算法
2. 熟悉先来先服务调度算法（First Come First Served, FCFS）的实现
3. 学习如何模拟多道批处理系统的调度过程

实验设备与实验环境：

计算机,Java编译系统,idea,ChatGPT

二、实验程序设计内容：

1. 设计一个模拟操作系统多道批处理作业调度算法（FCFS）的程序，包括两个进程（Program）的信息输入和调度过程展示。
2. 实现程序初始化方法，用于输入两个进程的延迟时间、处理时间和读写时间。
3. 实现判断哪个进程先到达的方法，用于确定FCFS调度顺序。
4. 实现计算CPU使用时间的方法，计算两个进程的处理时间和读写时间之和。
5. 实现展示时序图的方法，展示CPU和IO的时间线，并返回总运行时间。
6. 实现计算CPU利用率的方法，计算CPU使用时间与总运行时间的比值。

三、实验程序设计思路及流程图

1. 创建一个 Program 类来表示进程，包含延迟时间和处理时间等属性。
2. 在 Tool 类中实现初始化进程信息的方法，通过输入来初始化两个进程的信息。
3. 实现判断哪个进程先到达的方法，根据延迟时间来判断先后顺序。
4. 实现计算CPU使用时间的方法，将两个进程的处理时间和读写时间相加。
5. 实现展示时序图的方法，按照FCFS调度顺序展示CPU和IO的时间线，并返回总运行时间。
6. 实现计算CPU利用率的方法，计算CPU使用时间与总运行时间的比值，反映CPU的利用情况。

四、实验源程序及注释：

package homework.os;

import java.util.Scanner;

/**
 * Date：2024/2/26  9:15
 * Description：模拟操作系统多道批处理作业调度算法(FCFS)
 *
 * @author Leon
 * @version 1.0
 */

public class exm1 {
    public static void main(String[] args) {
        Program p1=new Program();
        Program p2=new Program();
        Tool.initProgram(p1,p2);
        System.out.println("\n\nCPU使用时间为: "+Tool.cpuUseTime(p1,p2)+"\t " +
                "CPU利用率为"+ String.format("%.2f",Tool.cpuUtilization(p1,p2)*100)+"%");
    }
}

class Program{
    int delay;
    int operation[]=new int[3];
}

class Tool{
    public static void initProgram(Program P1,Program P2){
        Scanner scanner=new Scanner(System.in);
        System.out.println("输入P1信息(延迟输入时间,处理时间1,读写时间,处理时间2)");
        P1.delay=scanner.nextInt();
        for(int i=0;i<P1.operation.length;i++){
            P1.operation[i]=scanner.nextInt();
        }

        System.out.println("输入P2信息(延迟输入时间,处理时间1,读写时间,处理时间2)");
        P2.delay=scanner.nextInt();
        for(int i=0;i<P1.operation.length;i++){
            P2.operation[i]=scanner.nextInt();
        }
    }

    public static boolean isP1First(Program p1,Program p2){
        return p1.delay<p2.delay;
    }

    public static int cpuUseTime(Program p1,Program p2){
        return p1.operation[0]+p2.operation[0]+p1.operation[2]+p2.operation[2];
    }

    public static double showTimeTable(Program p1,Program p2){
        Program tmp1,tmp2;
        int operationNums=p1.operation.length;
        int[] timeTable=new int[operationNums*2];
        int curTime=0;
        if(!isP1First(p1,p2)){
            tmp1=p2;
            tmp2=p1;
        }else {
            tmp1=p1;
            tmp2=p2;
        }

        int i=0,j=0;
        curTime+=tmp1.operation[i++];
        timeTable[0]=curTime;
        for(int k=1;k<operationNums;k++){
            int bgTim=curTime+Math.max(tmp1.operation[i],tmp2.operation[j]);
            int smTim=curTime+Math.min(tmp1.operation[i++],tmp2.operation[j++]);
            timeTable[k]=bgTim;
            timeTable[k+operationNums-1]=smTim;
            curTime=bgTim;
        }

        curTime+=tmp2.operation[j];
        timeTable[timeTable.length-1]=curTime;


        System.out.print("===============时序图(ms)===============\n" +
                "CPU : "+timeTable[0]);

        for(int k=1;k<=2;k++){
            System.out.print("\t "+timeTable[k]);
        }
        System.out.print("\t "+timeTable[timeTable.length-1]);


        System.out.print("\nIO : "+"   ");
        for(int k=3;k<=4;k++){
            System.out.print("\t "+timeTable[k]);
        }

        return curTime;

    }

    public static double cpuUtilization(Program p1,Program p2){
        return Tool.cpuUseTime(p1,p2)/Tool.showTimeTable(p1,p2);
    }

}

五、实验程序测试过程及解释说明

输入P1信息(延迟输入时间,处理时间1,读写时间,处理时间2)

0

60

80

20

输入P2信息(延迟输入时间,处理时间1,读写时间,处理时间2)

5

120

40

40

六、实验程序测试过程与结果分析

===============时序图(ms)===============

CPU : 60 180        220        260

IO :       140        200

CPU使用时间为: 240   CPU利用率为92.31%

Process finished with exit code 0

七、理论学习与实践能力锻炼方面的个人心得体会

通过实验，我深入理解了多道批处理系统的调度过程和先来先服务算法的原理。

实践中，我发现先来先服务调度算法可能会导致长作业等待时间过长，不利于提高系统的性能。

通过模拟多道批处理系统的调度过程，我对操作系统中进程调度的重要性有了更深刻的认识，也更加熟悉了Java编程的应用。

实验评价及结论：

实验目的明确、设计内容符合要求，独立完成了操作系统多道批处理调度算法程序设计任务且源程序与注释、测试过程记录完整正确，能够很好地将课程理论运用于解决实际问题；实验报告内容完整，态度认真，总体质量优秀。