操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)

1、CPU時(shí)間已達(dá)到所需CPU時(shí)間還未達(dá)所需要1 （即降低一級(jí)），然實(shí)驗(yàn)一、進(jìn)程調(diào)度實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笥酶呒?jí)語言編寫和調(diào)試一個(gè)進(jìn)程調(diào)度程序，以加深對(duì)進(jìn)程的概念及進(jìn)程調(diào)度算法的理 解。二、 例題：設(shè)計(jì)一個(gè)有 N個(gè)進(jìn)程共行的進(jìn)程調(diào)度程序。進(jìn)程調(diào)度算法：采用最高優(yōu)先數(shù)優(yōu)先的調(diào)度算法（即把處理機(jī)分配給優(yōu)先數(shù)最高的進(jìn) 程）和先來先服務(wù)算法。每個(gè)進(jìn)程有一個(gè)進(jìn)程控制塊（PCB）表示。進(jìn)程控制塊可以包含如下信息：進(jìn)程名、優(yōu)先數(shù)、到達(dá)時(shí)間、需要運(yùn)行時(shí)間、已用CPU時(shí)間、進(jìn)程狀態(tài)等等。進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)及需要的運(yùn)行時(shí)間可以事先人為地指定（也可以由隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生），進(jìn)程的到達(dá)時(shí)間為進(jìn)程輸入的時(shí)間，進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間以時(shí)間片為單位進(jìn)行計(jì)算。

2、每個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)可以是就緒 W（ Wait）、運(yùn)行R（ Run）、或完成F（ Finish ）三種狀態(tài)之一（這是編程用到的三個(gè)模擬狀態(tài)，并非進(jìn)程的三基態(tài)）。就緒進(jìn)程獲得CPU后都只能運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片，用已占用CPU時(shí)間加1來表示。如果運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片后，進(jìn)程的已占用 要的運(yùn)行時(shí)間，則撤消該進(jìn)程，如果運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片后進(jìn)程的已占用 的運(yùn)行時(shí)間，也就是進(jìn)程還需要繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)將進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)減 后把它插入就緒隊(duì)列等待 CPU每進(jìn)行一次調(diào)度程序都打印一次運(yùn)行進(jìn)程、就緒隊(duì)列、以及各個(gè)進(jìn)程的PCB,以便進(jìn)行檢查。重復(fù)以上過程，直到所要進(jìn)程都完成為止。調(diào)度算法的流程圖如下開蠟1管曲i謖頸從驀對(duì)耐i進(jìn)程調(diào)度源程序如

3、下：jin gche ndiaodu.cpp#i nclude stdio.h#i nclude #in clude #defi ne getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)#defi ne NULL 0struct pcb /*定義進(jìn)程控制塊 PCB */char n ame10;char state;int super;int n time;int rtime;struct pcb* link;,插入隊(duì)首*/,*/*ready=NULL,*p;typedef struct pcb PCB;sort() /*建立對(duì)進(jìn)程進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排列函數(shù)*/PCB *f

4、irst, *seco nd;int in sert=0;if(ready=NULL)|(p-super)(ready-super) /*優(yōu)先級(jí)最大者p-li nk=ready;ready=p;else /*進(jìn)程比較優(yōu)先級(jí)，插入適當(dāng)?shù)奈恢弥?/first=ready;sec on d=first-li nk;while(seco nd!=NULL)if(p-super)(seco nd-super) /*若插入進(jìn)程比當(dāng)前進(jìn)程優(yōu)先數(shù)大 /*插入到當(dāng)前進(jìn)程前面*/p-li nk=sec ond;first-li nk=p;seco nd=NULL;in sert=1;else /*插入進(jìn)程優(yōu)先數(shù)最

5、低,則插入到隊(duì)尾*/first=first-li nk;sec on d=sec on d-li nk;if(in sert=0) first-li nk=p;in put() /*建立進(jìn)程控制塊函數(shù)*/in t i, num;clrscr(); /* 清屏 */printf(n請(qǐng)輸入進(jìn)程號(hào)？”)；sca nf(%d,&n um);for(i=0;in ame);printf(n輸入進(jìn)程優(yōu)先數(shù):);sca nf(%d,&p-super);prin tf(n輸入進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間：”)；sca nf(%d,&p- ntime);prin tf(n);p_rtime=0;p_state=w：p-li n

6、k=NULL;sort(); /* 調(diào)用 sort 函數(shù) */int space()int 1=0; PCB* pr=ready;while(pr!=NULL)I+;pr=pr-li nk;return(l);disp(PCB * pr) /*建立進(jìn)程顯示函數(shù)，用于顯示當(dāng)前進(jìn)程*/prin tf(n qn ame t state t super t n dtime t run time n);prin tf(|%st,pr- name);prin tf(|%ct,pr-state);prin tf(|%dt,pr-super);prin tf(|%dt,pr- ntime);prin tf(|

7、%dt,pr-rtime);prin tf(n);check() /*建立進(jìn)程查看函數(shù) */PCB* pr;printf(n *當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程是:%s,p-name); /*顯示當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程*/disp(p);pr=ready;prin tf(n *當(dāng)前就緒隊(duì)列狀態(tài)為:n); /*顯示就緒隊(duì)列狀態(tài)*/while(pr!=NULL)disp(pr);pr=pr-li nk;destroy。/*建立進(jìn)程撤消函數(shù)(進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束，撤消進(jìn)程)*/printf(n進(jìn)程%s已完成.n”,p-name);free(p);running() /*建立進(jìn)程就緒函數(shù)(進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間到，置就緒狀態(tài)*/(p-rtim

8、e)+;if(p-rtime=p- ntime)destroy(); /* 調(diào)用 destroy 函數(shù) */else(p_super)_;p-state=w;sort(); /* 調(diào)用 sort 函數(shù) */main() /* 主函數(shù) */in t le n, h=0;char ch;in put();len=space();while(le n!=0) &(ready!=NULL)ch=getchar();h+;prin tf(n The execute nu mber:%d n ,h);p=ready;ready=p-li nk;p-li nk=NULL;p-state=R;check();

9、runnin g();printf(n按任一鍵繼續(xù).);ch=getchar(); printf(nn進(jìn)程已經(jīng)完成.n);ch=getchar();三.實(shí)驗(yàn)題： 編寫并調(diào)試一個(gè)模擬的進(jìn)程調(diào)度程序，采用“最高優(yōu)先數(shù)優(yōu)先”調(diào)度算法對(duì)五個(gè)進(jìn)程 進(jìn)行調(diào)度。“最高優(yōu)先數(shù)優(yōu)先”調(diào)度算法的基本思想是把CPU分配給就緒隊(duì)列中優(yōu)先數(shù)最高的進(jìn)程。靜態(tài)優(yōu)先數(shù)是在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)確定的，并在整個(gè)進(jìn)程運(yùn)行期間不再改變。動(dòng)態(tài)優(yōu)先數(shù)是指進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)可以給定一個(gè)初始值，并且可以按一定原則修改優(yōu)先數(shù)。例如：在進(jìn)程獲得一次 CPU后就將其優(yōu)先數(shù)減少1，或者，進(jìn)程等待的時(shí)間超 過某一時(shí)限時(shí)增加其優(yōu)先數(shù)的值，等等。勿 編寫并調(diào)

10、試一個(gè)模擬的進(jìn)程調(diào)度程序，采用“輪轉(zhuǎn)法”調(diào)度算法對(duì)五個(gè)進(jìn)程進(jìn)行調(diào) 度。輪轉(zhuǎn)法可以是簡單輪轉(zhuǎn)法、可變時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法，或多隊(duì)列輪轉(zhuǎn)法。簡單輪轉(zhuǎn)法的基本思想是：所有就緒進(jìn)程按FCFS排成一個(gè)隊(duì)列，總是把處理機(jī)分配給隊(duì)首的進(jìn)程，各進(jìn)程占用CPU的時(shí)間片相同。如果運(yùn)行進(jìn)程用完它的時(shí)間片后還為完成， 把它送回到就緒隊(duì)列的末尾，把處理機(jī)重新分配給隊(duì)首的進(jìn)程，直至所有的進(jìn)程運(yùn)行完畢。實(shí)驗(yàn)二、作業(yè)調(diào)度實(shí)驗(yàn)一.目的要求：用高級(jí)語言編寫和調(diào)試一個(gè)或多個(gè)作業(yè)調(diào)度的模擬程序，以加深對(duì)作業(yè)調(diào)度算法的理 解。二.例題：為單道批處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)作業(yè)調(diào)度程序。由于在單道批處理系統(tǒng)中，作業(yè)一投入運(yùn)行，它就占有計(jì)算機(jī)的一切資源直到作

11、業(yè)完 成為止，因此調(diào)度作業(yè)時(shí)不必考慮它所需要的資源是否得到滿足，它所占用的CPU時(shí)限等因素。作業(yè)調(diào)度算法：采用先來先服務(wù)(FCFS調(diào)度算法，即按作業(yè)提交的先后次序進(jìn)行調(diào)度。總是首先調(diào)度在系統(tǒng)中等待時(shí)間最長的作業(yè)。每個(gè)作業(yè)由一個(gè)作業(yè)控制塊JCB表示，JCB可以包含如下信息：作業(yè)名、提交時(shí)間、所需的運(yùn)行時(shí)間、所需的資源、作業(yè)狀態(tài)、鏈指針等作業(yè)的狀態(tài)可以是等待 W(Wait)、運(yùn)行R(Run)和完成F(Finish)三種狀態(tài)之一。每個(gè)作 業(yè)的最初狀態(tài)總是等待W各個(gè)等待的作業(yè)按照提交時(shí)刻的先后次序排隊(duì)，總是首先調(diào)度等待隊(duì)列中隊(duì)首的作業(yè)。每個(gè)作業(yè)完成后要打印該作業(yè)的開始運(yùn)行時(shí)刻、完成時(shí)刻、周轉(zhuǎn)時(shí)間和帶權(quán)

12、周轉(zhuǎn)時(shí)間，這一組作業(yè)完成后要計(jì)算并打印這組作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間、帶權(quán)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。調(diào)度算法的流程圖如下不空空刑耐鶴作業(yè)的平均冊(cè)妙載劇:訐均同轉(zhuǎn)梱和始化所育的J J 口淹心技僭業(yè)SKSK関時(shí)劃的劑師序輙時(shí)面畫TiTi =0=0通壬二.曹的作業(yè)投入運(yùn)行上tmtm畑斷1BM1BM）狀衣右民+ eeee兒丄；肖疋行的時(shí)劃TbWTbW）iHWHJiHWHJ呢行祚業(yè)的久戶訝勺二，.咼粧班瓦TiWflWraTiWflWra W昭時(shí)劑Tt=Tt=開蠟運(yùn)齊時(shí)刻+運(yùn)行M0M0 周鈿伺U U癇測(cè)剽一提剛剽Wt=Wt=周蠟時(shí)洞十運(yùn)行fl幗三.實(shí)習(xí)題:0 0編寫并調(diào)試一個(gè)單道處理系統(tǒng)的作業(yè)等待模擬程序。作業(yè)等待算法：分別

13、采用先來先服務(wù)（FCFS，最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、響應(yīng)比高者優(yōu)先（HRN的調(diào)度算法。對(duì)每種調(diào)度算法都要求打印每個(gè)作業(yè)開始運(yùn)行時(shí)刻、完成時(shí)刻、周轉(zhuǎn)時(shí)間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間，以及這組作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間及帶權(quán)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，以比較各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。也編寫并調(diào)度一個(gè)多道程序系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度模擬程序。作業(yè)調(diào)度算法：采用基于先來先服務(wù)的調(diào)度算法?？梢詤⒖颊n本中的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于多道程序系統(tǒng)，要假定系統(tǒng)中具有的各種資源及數(shù)量、調(diào)度作業(yè)時(shí)必須考慮到每個(gè) 作業(yè)的資源要求。妙編寫并調(diào)試一個(gè)多道程序系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度模擬程序。作業(yè)調(diào)度算法：采用基于優(yōu)先級(jí)的作業(yè)調(diào)度?？梢詤⒖颊n本中的例子自行設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)三、存儲(chǔ)管理實(shí)驗(yàn)一.目的要求

14、：通過編寫和調(diào)試存儲(chǔ)管理的模擬程序以加深對(duì)存儲(chǔ)管理方案的理解，熟悉虛存管理的各種頁面淘汰算法。物 通過編寫和調(diào)試地址轉(zhuǎn)換過程的模擬程序以加強(qiáng)對(duì)地址轉(zhuǎn)換過程的了解。二.例題設(shè)計(jì)一個(gè)請(qǐng)求頁式存儲(chǔ)管理方案。并編寫模擬程序?qū)崿F(xiàn)之。產(chǎn)生一個(gè)需要訪問的指令地址流，它是一系列需要訪問的指令的地址。為不失一般性，你可以適當(dāng)?shù)兀ㄓ萌斯ぶ付ǖ胤椒ɑ蛴秒S機(jī)數(shù)產(chǎn)生器）生成這個(gè)序列，使得 50 %的指令是順序執(zhí)行的， 25%的指令均勻 地散布在前地址部分，25%的地址是均勻地散布在后地址部分。為簡單起見，頁面淘汰算法采用FIFO頁面淘汰算法，并且在淘汰一頁時(shí)，只將該頁在頁表中抹去，而不再判斷它是否被改寫過，也不將它寫回

15、到輔存。図具體的做法可以是：產(chǎn)生一個(gè)需要訪問的指令地址流；指令合適的頁面尺寸（例如以1K或2K為1頁）；指定內(nèi)存頁表的最大長度，并對(duì)頁表進(jìn)行初始化；每訪問一個(gè)地址時(shí)，首先要計(jì)算該地址所在的頁的頁號(hào)，然后查頁表，判斷該頁是否在主存 如果該頁已在主存，則打印頁表情況；如果該頁不在主存且頁表未滿，則調(diào)入一頁并打印頁表情況；如果該頁不在主存且頁表已滿，則按FIFO頁面淘汰算法淘汰一頁后調(diào)入所需的頁，打印頁表情況；逐個(gè)地址訪問，直到所有地址訪問完畢。存儲(chǔ)管理算法的流程圖如下：產(chǎn)生捅警地址蘇初站化頁豪J計(jì)服地址所在的頁的再號(hào)用FIFO曹窗I駄一質(zhì)設(shè)計(jì)一個(gè)固定式分區(qū)分配的存儲(chǔ)管理方案，并模擬實(shí)現(xiàn)分區(qū)的分配和

16、回收過程。可以假定每個(gè)作業(yè)都是批處理作業(yè)， 并且不允許動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存。為實(shí)現(xiàn)分區(qū)的分配和回 收，可以設(shè)定一個(gè)分區(qū)說明表， 按照表中的有關(guān)信息進(jìn)行分配， 并根據(jù)分區(qū)的分配和回收情 況修改該表。也設(shè)計(jì)一個(gè)可變式分區(qū)分配的存儲(chǔ)管理方案，并模擬實(shí)現(xiàn)分區(qū)的分配和回收過程。對(duì)分區(qū)的管理法可以是下面三種算法之一：必首次適應(yīng)算法最壞適應(yīng)算法最佳適應(yīng)算法編寫并調(diào)試一個(gè)段頁式存儲(chǔ)管理的地址轉(zhuǎn)換的模擬程序。首先設(shè)計(jì)好段表、頁表，然后給出若干個(gè)有一定代表性的地址，通過查找段表頁表后得到轉(zhuǎn)換的地址。要求打印轉(zhuǎn)換前的地址， 相應(yīng)的段表，頁表?xiàng)l款及轉(zhuǎn)換后的地址， 以便檢查。實(shí)驗(yàn)四、文件管理實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊? 用高級(jí)語言編寫和調(diào)試

17、一個(gè)簡單的文件系統(tǒng)，模擬文件管理的工作過程，從而對(duì)各種 文件操作命令的實(shí)質(zhì)內(nèi)容和執(zhí)行過程有比較深入的了解。物 要求設(shè)計(jì)一個(gè)n個(gè)用戶的文件系統(tǒng)， 每次用戶可保存 m個(gè)文件，用戶在一次運(yùn)行中只 能打開一個(gè)文件，對(duì)文件必須設(shè)置保護(hù)措施，且至少有Create、delete、open、close、read、write等命令。二. .例題：必設(shè)計(jì)一個(gè)10個(gè)用戶的文件系統(tǒng)，每次用戶可保存10個(gè)文件，一次運(yùn)行用戶可以打開5個(gè)文件。程序采用二級(jí)文件目錄（即設(shè)置主目錄MFD）和用戶文件目錄（UED ;另外，為打開文件設(shè)置了運(yùn)行文件目錄（ AFD。為了便于實(shí)現(xiàn)，對(duì)文件的讀寫作了簡化，在執(zhí)行讀寫命令時(shí)，只需改讀寫指針

18、，并不進(jìn)行實(shí)際的讀寫操作算法與框圖：因系統(tǒng)小，文件目錄的檢索使用了簡單的線性搜索。文件保護(hù)簡單使用了三位保護(hù)碼：允許讀寫執(zhí)行、對(duì)應(yīng)位為1，對(duì)應(yīng)位為0，則表示不允許讀寫、執(zhí)行。程序中使用的主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下：主文件目錄和用戶文件目錄（ MFD UFD打開文件目錄（AFD）（即運(yùn)行文件目錄）M D FU F DA F D用戶名文件名打開文件名文件目錄指針保護(hù)碼打開保護(hù)碼用戶名文件長度讀寫指針文件目錄指針文件名文件系統(tǒng)算法的流程圖如下:二.實(shí)驗(yàn)題： 增加23個(gè)文件操作命令，并加以實(shí)現(xiàn)（如移動(dòng)讀寫指針，改變文件屬性，更換文 件名，改變文件保護(hù)級(jí)別）。鑼 編一個(gè)通過屏幕選擇命令的文件管理系統(tǒng)，每屏要為用戶

19、提供足夠的選擇信息，不需 要打入冗長的命令。型 設(shè)計(jì)一個(gè)樹型目錄結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)，其根目錄為root，各分支可以是目錄，也可以是文件，最后的葉子都是文件。0根據(jù)學(xué)校各級(jí)機(jī)構(gòu)，編制一文件系統(tǒng)。沁園春雪北國風(fēng)光， 千里冰封， 萬里雪飄。望長城內(nèi)外，惟余莽莽;大河上下，頓失滔滔。山舞銀蛇，原馳蠟象，欲與天公試比高。須晴日，看紅裝素裹，分外妖嬈。江山如此多嬌，引無數(shù)英雄競折腰。 惜秦皇漢武，略輸文采；唐宗宋 祖，稍遜風(fēng)騷。一代天驕，成吉思汗，只識(shí)彎弓射 大雕。俱往矣，數(shù)風(fēng)流人物，還看今朝。/ II克出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂， 今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣 不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光 先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為