網(wǎng)絡操作系統(tǒng)課程設計計劃書

1、08級網(wǎng)絡工程專業(yè)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)課程教學計劃 2010-2011學年第一學期一、實習目的與要求1、掌握操作系統(tǒng)基本理論與管理方式；2、在算法基礎上，解決實際的管理功能問題，提高學生實際應用、編程的能力；3、涉及編程題目時，要求詳細書寫文檔內容。二、實習內容項目一、進程機制與并發(fā)程序設計（一） linux下生產(chǎn)者與消費者的問題實現(xiàn)1實驗目的（1）掌握基本的同步互斥算法，理解生產(chǎn)者和消費者同步的問題模型。（2）了解linux中多線程的并發(fā)執(zhí)行機制，線程間的同步和互斥。2、實驗要求（1）創(chuàng)建生產(chǎn)者和消費者線程在linux環(huán)境下，創(chuàng)建一個控制臺進程，在此進程中創(chuàng)建n個線程來模擬生產(chǎn)者或者消費者。這些線程

2、的信息由本程序定義的“測試用例文件”中予以指定。該文件的格式和含義如下：31 P 32 P 43 C 4 14 P 25 C 3 1 2 4 第一行說明程序中設置幾個臨界區(qū)，其余每行分別描述了一個生產(chǎn)者或者消費者線程的信息。每一行的各字段間用Tab鍵隔開。不管是消費者還是生產(chǎn)者，都有一個對應的線程號，即每一行開始字段那個整數(shù)。第二個字段用字母P或者C區(qū)分是生產(chǎn)者還是消費者。第三個字段表示在進入相應線程后，在進行生產(chǎn)和消費動作前的休眠時間，以秒計時；這樣做的目的是可以通過調整這一列參數(shù)，控制開始進行生產(chǎn)和消費動作的時間。如果是代表生產(chǎn)者，則該行只有三個字段。如果代表消費者，則該行后邊還有若干字段

3、，代表要求消費的產(chǎn)品所對應的生產(chǎn)者的線程號。所以務必確認這些對應的線程號存在并且該線程代表一個生產(chǎn)者。（2）生產(chǎn)和消費的規(guī)則在按照上述要求創(chuàng)建線程進行相應的讀寫操作時，還需要符合以下要求：共享緩沖區(qū)存在空閑空間時，生產(chǎn)者即可使用共享緩沖區(qū)。 從上邊的測試數(shù)據(jù)文件例子可以看出，某一生產(chǎn)者生產(chǎn)一個產(chǎn)品后，可能不止一個消費者，或者一個消費者多次地請求消費該產(chǎn)品。此時，只有當所有的消費需求都被滿足以后，該產(chǎn)品所在的共享緩沖區(qū)才可以被釋放，并作為空閑空間允許新的生產(chǎn)者使用。 每個消費者線程的各個消費需求之間存在先后順序。例如上述測試用例文件包含一行信息“5 C 3 l 2 4”，可知這代表一個消費者線程

4、，該線程請求消費1，2，4號生產(chǎn)者線程生產(chǎn)的產(chǎn)品。而這種消費是有嚴格順序的，消費1號線程產(chǎn)品的請求得到滿足后才能繼續(xù)往下請求2號生產(chǎn)者線程的產(chǎn)品。要求在每個線程發(fā)出讀寫操作申請、開始讀寫操作和結束讀寫操作時分別顯示提示信息。（3）相關基礎知識 本實驗所使用的生產(chǎn)者和消費者模型具有如下特點： 本實驗的多個緩沖區(qū)不是環(huán)形循環(huán)的，也不要求按順序訪問。生產(chǎn)者可以把產(chǎn)品放到目前某一個空緩沖區(qū)中。 消費者只消費指定生產(chǎn)者的產(chǎn)品。 在測試用例文件中指定了所有的生產(chǎn)和消費的需求，只有當共享緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)滿足了所有關于它的消費需求后，此共享緩沖區(qū)才可以作為空閑空間允許新的生產(chǎn)者使用。 本實驗在為生產(chǎn)者分配緩沖區(qū)時

5、各生產(chǎn)者間必須互斥，此后各個生產(chǎn)者的具體生產(chǎn)活動可以并發(fā)。而消費者之間只有在對同一產(chǎn)品進行消費時才需要互斥，同時它們在消費過程結束時需要判斷該消費對象是否已經(jīng)消費完畢并清除該產(chǎn)品。linux用來實現(xiàn)同步和互斥的實體。在linux中，常見的同步對象有：信號量(Semaphore)、互斥量(Mutex)、臨界段(CriticalSection)等。使用這些對象都分為三個步驟，一是創(chuàng)建或者初始化：接著請求該同步對象，隨即進入臨界區(qū)，這一步對應于互斥量的上鎖；最后釋放該同步對象，這對應于互斥量的解鎖。這些同步對象在一個線程中創(chuàng)建，在其他線程中都可以使用，從而實現(xiàn)同步互斥。(二)Linux下讀者與寫者的

6、問題實現(xiàn)1、設計目的通過實現(xiàn)經(jīng)典的讀者寫者問題，鞏固對線程及其同步機制的學習效果，加深對相關基本概念的理解，并學習如何將基本原理和實際設計有機的結合。2 、設計內容在linux環(huán)境下，使用多線程和信號量機制實現(xiàn)經(jīng)典的讀者寫者問題，每個線程代表一個讀者或一個寫者。每個線程按相應測試數(shù)據(jù)文件的要求，進行讀寫操作。請用信號量機制分別實現(xiàn)讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先的讀者-寫者問題。讀者-寫者問題的讀寫操作限制：(1)寫-寫互斥，即不能有兩個寫者同時進行寫操作(2)讀-寫互斥，即不能同時有一個讀者在讀，同時卻有一個寫者在寫(3)讀-讀允許，即可以有二個以上的讀者同時讀讀者優(yōu)先的附加限制：如果一個讀者申請進行讀操

7、作時已有另一讀者正在進行讀操作，則該讀者可直接開始讀操作。寫者優(yōu)先的附加限制：如果一個讀者申請進行讀操作時已有另一寫者在等待訪問共享資源，則該讀者必須等到?jīng)]有寫者處于等待狀態(tài)后才能開始讀操作。運行結果顯示要求：要求在每個線程創(chuàng)建、發(fā)出讀寫操作申請、開始讀寫操作和結束讀寫操作時分別顯示一行提示信息，以確信所有處理都遵守相應的讀寫操作限制。3 、測試數(shù)據(jù)文件格式測試數(shù)據(jù)文件包括n 行測試數(shù)據(jù)，分別描述創(chuàng)建的n 個線程是讀者還是寫者，以及讀寫操作的開始時間和持續(xù)時間。每行測試數(shù)據(jù)包括四個字段，各字段間用空格分隔。第一字段為一個正整數(shù)，表示線程序號。第二字段表示相應線程角色，R 表示讀者是，W 表示寫

8、者。第三字段為一個正數(shù)，表示讀寫操作的開始時間。線程創(chuàng)建后，延時相應時間（單位為秒）后發(fā)出對共享資源的讀寫申請。第四字段為一個正數(shù)，表示讀寫操作的持續(xù)時間。當線程讀寫申請成功后，開始對共享資源的讀寫操作，該操作持續(xù)相應時間后結束，并釋放共享資源。下面是一個測試數(shù)據(jù)文件的例子：1 R 3 52 W 4 53 R 5 24 R 6 55 W 5.1 3 二選一項目二、主存儲器空間的分配和回收1、 可變分區(qū)管理方式下采用最先適應算法實現(xiàn)主存分配和實現(xiàn)主存回收?？勺兎謪^(qū)方式是按作業(yè)需要的主存空間大小來分割分區(qū)的。當要裝入一個作業(yè)時，根據(jù)作業(yè)需要的主存量查看是否有足夠的空閑空間，若有，則按需要量分割一個

9、分區(qū)分配給該作業(yè)；若無，則作業(yè)不能裝入。隨著作業(yè)的裝入、撤離，主存空間被分成許多個分區(qū)，有的分區(qū)被作業(yè)占用，而有的分區(qū)是空閑的。例如：05k10k14k26k32k128k操作系統(tǒng)作業(yè)1作業(yè)3空閑區(qū)作業(yè)2空閑區(qū)為了說明哪些區(qū)是空閑的，可以用來裝入新作業(yè)，必須要有一張空閑區(qū)說明表，格式如下：起 址長 度狀 態(tài)第一欄14 K12 K未 分 配第二欄32 K96 K未 分 配MM空 表 目空 表 目MM其中，起址指出一個空閑區(qū)的主存起始地址。 長度指出從起始地址開始的一個連續(xù)空閑的長度。 狀態(tài)有兩種狀態(tài)，一種是“未分配”狀態(tài)，指出對應的由起址指出的某個長度的區(qū)域是空閑區(qū)；另一種是“空表目”狀態(tài)，表示

10、表中對應的登記項目是空白（無效），可用來登記新的空閑區(qū)（例如，作業(yè)撤離后，它所占的區(qū)域就成了空閑區(qū)，應找一個“空表目”欄登記歸還區(qū)的起址和長度且修改狀態(tài)）。由于分區(qū)的個數(shù)不定，所以空閑區(qū)說明表中應有適量的狀態(tài)為“空表目”的登記欄目，否則造成表格“溢出”無法登記。上述的這張說明表的登記情況是按提示（1）中的例所裝入的三個作業(yè)占用的主存區(qū)域后填寫的。(2) 當有一個新作業(yè)要求裝入主存時，必須查空閑區(qū)說明表，從中找出一個足夠大的空閑區(qū)。有時找到的空閑區(qū)可能大于作業(yè)需要量，這時應把原來的空閑區(qū)變成兩部分：一部分分給作業(yè)占用；另一部分又成為一個較小的空閑區(qū)。為了盡量減少由于分割造成的空閑區(qū)，而盡量保存高

11、地址部分有較大的連續(xù)空閑區(qū)域，以利于大型作業(yè)的裝入。為此，在空閑區(qū)說明表中，把每個空閑區(qū)按其地址順序登記，即每個后繼的空閑區(qū)其起始地址總是比前者大。為了方便查找還可使表格“緊縮”，總是讓“空表目”欄集中在表格的后部。(3) 采用最先適應算法（順序分配算法）分配主存空間。按照作業(yè)的需要量，查空閑區(qū)說明表，順序查看登記欄，找到第一個能滿足要求的空閑區(qū)。當空閑區(qū)大于需要量時，一部分用來裝入作業(yè)，另一部分仍為空閑區(qū)登記在空閑區(qū)說明表中。由于本實習是模擬主存的分配，所以把主存區(qū)分配給作業(yè)后并不實際啟動裝入程序裝入作業(yè)，而用輸出“分配情況”來代替。最先適應分配算法如圖4-1。(4) 當一個作業(yè)執(zhí)行結束撤離

12、時，作業(yè)所占的區(qū)域應該歸還，歸還的區(qū)域如果與其它空閑區(qū)相鄰，則應合成一個較大的空閑區(qū)，登記在空閑區(qū)說明表中。例如，在提示（1）中列舉的情況下，如果作業(yè)2撤離，歸還所占主存區(qū)域時，應與上、下相鄰的空閑區(qū)一起合成一個大的空閑區(qū)登記在空閑區(qū)說明表中。歸還主存時的回收算法如圖4-2。(5) 請按最先適應算法設計主存分配和回收的程序。然后按（1）中假設主存中已裝入三個作業(yè)，且形成兩個空閑區(qū)，確定空閑區(qū)說明表的初值。現(xiàn)有一個需要主存量為6K的作業(yè)4申請裝入主存；然后作業(yè)3撤離；再作業(yè)2撤離。請你為它們進行主存分配和回收，把空閑區(qū)說明表的初值以及每次分配或回收后的變化顯示出來或打印出來。2、 分頁式管理方式

13、下采用位示圖來表示主存分配情況，實現(xiàn)主存空間的分配和回收。(1) 分頁式存儲器把主存分成大小相等的若干塊，作業(yè)的信息也按塊的大小分頁，作業(yè)裝入主存時可把作業(yè)的信息按頁分散存放在主存的空閑塊中，為了說明主存中哪些塊已經(jīng)被占用，哪些塊是尚未分配的空閑塊，可用一張位示圖來指出。位示圖可由若干存儲單元來構成，其中每一位與一個物理塊對應，用0/1表示對應塊為空閑/已占用。(2) 假設某系統(tǒng)的主存被分成大小相等的64塊，則位示圖可用8個字節(jié)來構成，另用一單元記錄當前空閑塊數(shù)。如果已有第0，1，4，5，6，9，11，13，24，31，共10個主存塊被占用了，那么位示圖情況如下：字 位 節(jié) 數(shù) 號012345

14、67 011001110 101010100 200000000 310000001 400000000 500000000 600000000 700000000圖1 最先適應分配模擬算法圖2 主存回收算法(3) 當要裝入一個作業(yè)時，根據(jù)作業(yè)對主存的需要量，先查當前空閑塊數(shù)是否能滿足作業(yè)要求，若不能滿足則輸出分配不成功。若能滿足，則查位示圖，找出為“0”的一些位，置上占用標志“1”，從“當前空閑塊數(shù)”中減去本次占用塊數(shù)。按找到的計算出對應的塊號，其計算公式為： 塊號= j8+i其中，j表示找到的是第n個字節(jié)，I表示對應的是第n位。根據(jù)分配給作業(yè)的塊號，為作業(yè)建立一張頁表，頁表格式：頁 號塊

15、號012MM(4) 當一個作業(yè)執(zhí)行結束，歸還主存時，根據(jù)該作業(yè)的頁表可以知道應歸還的塊號，由塊號可計算出在位示圖中的對應位置，把對應位的占用標志清成“0”，表示對應的塊已成為空閑塊。歸還的塊數(shù)加入到當前空閑塊數(shù)中。由塊號計算在位示圖中的位置的公式如下：字節(jié)號 j=塊號/8 （ 表示取整）位數(shù) i=塊號/8 （ 表示取余）(5) 設計實現(xiàn)主存分配和回收的程序。假定位示圖的初始狀態(tài)如（2）所述，現(xiàn)有一信息量為5頁的作業(yè)要裝入，運行你所設計的分配程序，為作業(yè)分配主存且建立頁表（格式如（3）所述）。然后假定有另一作業(yè)執(zhí)行結束，它占用的塊號為第4，5，6和31塊，運行你所設計的回收程序，收回作業(yè)歸還的主

16、存塊。要求能顯示和打印分配或回收前后的位示圖和當前空閑塊數(shù)，對完成一次分配后還要顯示或打印為作業(yè)建立的頁表。項目三、文件系統(tǒng)設計（圖形界面 或文本模式）1、 單用戶多級文件系統(tǒng)設計本文件系統(tǒng)采用類似DOS系統(tǒng)的文件管理方式，每次調用該文件系統(tǒng)時，首先申請一定的內存空間，然后對該內存空間進行分配。將申請到的空間劃分為目錄區(qū)，文件區(qū)；采用位示圖進行空間管理，盤塊的分配使用顯示鏈接（FAT表）的方式。每次調用該文件系統(tǒng)時自動為其分配空間，并將上次操作的結果從硬盤上調入內存；當結束調用時則將操作的結果重新存入硬盤，以便下次調用。（每次使用都會自動搜索文件系統(tǒng)，以此確定是否是第一次使用；若是則格式化生成

17、文件系統(tǒng)，否則讀取已存在的文件系統(tǒng)。）設計技術參數(shù)（數(shù)據(jù)結構）：#define MaxSize 100 #define Disk 512 /每個盤塊大小為512bit #define NumDisk 2048 /有2048個盤塊，既可分配空間為 1M /*目錄和文件的結構定義*/ struct DirectoryNode char name9; /*目錄或文件的名字*/ int type; /*0代表目錄，1代表普通文件*/ struct DirectoryNode *next; /*指向下一個兄弟結點的指針*/ struct DirectoryNode *preDirFile; /*指向父結

18、點的指針*/ struct DirectoryNode *subFile; /*指向第一個子結點的指針*/ int size; /*如果是文件則表示文件的大小*/ int first; /*起始盤塊號*/ int last; /*末尾盤塊號*/ int order; /*備用*/ ;/連續(xù)分配 struct FileSys int VacTableNumDisk; /空閑表,0為空閑，1為被用 struct DirectoryNode root; /根目錄 struct DirectoryNode DirectoryNumDisk; *filesys;typedef struct struct

19、 DirectoryNode *DirFile; char name9; DataType; /包含一個指向目錄的指針和名字 typedef struct /隊列結構的實現(xiàn) DataType dataMaxSize; int front,rear; /分別表示隊列的頭結點和尾結點 Tp;void InitQueue(Tp *sq) /隊列初始化int EnAddQueue(Tp *sq,DataType data) /在隊列中增加元素DataType EnDelQueue(Tp *sq) /從隊列中刪除一個元素int Empty(Tp *sq) /判斷隊列是否為空，返回0表示隊列為空Dir:顯

20、示目錄內容命令，顯示當前目錄下的文件和子目錄。Md:創(chuàng)建目錄操作。Create:創(chuàng)建文件，在當前目錄下創(chuàng)建一個文件。. all:顯示從根目錄開始的所有目錄和文件及其層次結點。Cd:改變目錄。Del:刪除文件操作。. Rd:刪除目錄操作，刪除當前目錄下的子目錄。. Ren:重命名函數(shù). Exit:退出命令2.多用戶文件系統(tǒng)設計（1）在內存中開辟一個虛擬磁盤空間作為文件存儲器，在其上實現(xiàn)一個多用戶多目錄的文件系統(tǒng)。（2）文件物理結構可采用顯式鏈接或其他方法。（3）磁盤空閑空間的管理可選擇位示圖或其他方法。如果采用位示圖來管理文件存儲空間，并采用顯式鏈接分配方式，則可以將位示圖合并到FAT中。（4）

21、文件目錄結構采用多用戶多級目錄結構，每個目錄項包含文件名、物理地址、長度等信息，還可以通過目錄項實現(xiàn)對文件的讀和寫的保護。（5）設計一個較實用的用戶界面，方便用戶使用。要求提供以下相關文件操作：具有l(wèi)ogin (用戶登錄) 系統(tǒng)初始化（建文件卷、提供登錄模塊）文件的創(chuàng)建： create文件的打開：open文件的讀：read文件的寫：write文件關閉：close.刪除文件：delete .創(chuàng)建目錄（建立子目錄）：mkdir改變當前目錄：cd（11）列出文件目錄：dir（12）退出：logout項目四、進程調度算法的設計 設計要求：設計進程控制塊PCB表結構，適用于多級隊列反饋調度算法。建立進程

22、就緒隊列，編制入鏈子程序。編制多級隊列反饋調度算法設計技術參數(shù):本程序用多級隊列反饋調度算法對五個進程進行調度，每個進程可有三個狀態(tài)，并假設初始狀態(tài)為就緒狀態(tài)。為了便于處理，程序中的某進程運行時間以時間片為單位計算。各進程的優(yōu)先數(shù)或輪轉時間數(shù)以及進程需運行的時間片數(shù)的初始值均由用戶給定。在優(yōu)先數(shù)算法中，優(yōu)先數(shù)的值為50與運行時間的差值，即P_TIME-process-needtime。進程每執(zhí)行一次，優(yōu)先數(shù)減3，CPU時間片數(shù)加1，進程還需要的時間片數(shù)減1。在輪轉算法中，采用固定時間片（即：每執(zhí)行一次進程，該進程的執(zhí)行時間片數(shù)為已執(zhí)行了2個單位），這時，CPU時間片數(shù)加2，進程還需要的時間片數(shù)

23、減2，并排列到就緒隊列的尾上。對于遇到優(yōu)先數(shù)一致的情況，采用FIFO策略解決。項目五、linux系統(tǒng)進程間通信方式分析設計要求：分析linux系統(tǒng)下幾種主要的進程通信手段。針對每個通信手段關鍵技術環(huán)節(jié)給出詳細實例。分析某些通信手段的內部實現(xiàn)機制項目六、linux網(wǎng)絡服務器的配置與管理設計要求：架設samba服務器或ftp服務器。掌握NFS服務器和客戶端的安裝與配置。項目七、linux shell程序設計設計要求：1.熟練掌握shell的使用，會編寫簡單的shell程序。2.Linux環(huán)境下利用 shell設計和實現(xiàn)機房的輔助管理系統(tǒng)3.利用Linux shell進行程序腳本設計，實現(xiàn)兩大功能：

24、編輯生成上機課表并自動生成上機用戶，進行用戶課前和課后管理。4.主要技術關鍵的分析（1） 定義起始登陸界面能顯示三種信息：能根據(jù)登錄用戶顯示歡迎對象、根據(jù)系統(tǒng)時間顯示歡迎內容個性化的歡迎信息；有系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)管理和退出三個菜單項操作提示菜單；能顯示當前上課的具體時間（教學第幾周、星期幾第幾節(jié)）和系統(tǒng)狀態(tài)提示信息。（2）系統(tǒng)初始化生成本機房的上機安排表：上機安排表至少包含十條記錄，每條記錄應有課程 、班級、起至周、上課節(jié)等內容，能對安排表進行顯示、添加、刪除、修改,復制。生成本機房的上機用戶：根據(jù)上機安排表自動生成對應的上機用戶，一個用戶對應于安排表的一條記錄，且賬號= 班級+課程；密碼=班級

25、+課程號（3）課前準備為用戶創(chuàng)建一個工作環(huán)境：工作空間和用戶資料。校正系統(tǒng)時間；在用戶目錄下創(chuàng)建工作目錄，掛載U盤；查找所需文件；拷貝所需文件；若有壓縮包則需打開壓縮包；設置文件和目錄屬性，開放使用權限。（4）課后整理：釋放用戶空間，進行資料收集。更改文件和目錄屬性，關閉使用權限，對發(fā)生改變和新生成文檔要進行打包壓縮；移動包到U盤，卸載U盤，刪除在用戶目錄下創(chuàng)建工作目錄。項目八、linux模塊加載或內核編譯設計要求：掌握linux模塊加載的方法，比如linux中驅動程序模塊的加載、系統(tǒng)安全模塊的加載等。掌握在Linux上進行內核編譯的方法。三、實習時間2010年12月22日到28日四、實習地點網(wǎng)絡工程實驗室五、分組情況每1-2位同學完成一個題目。實習指導教師： 陳衛(wèi)六、實習考核學生完成設計內容