安徽大學操作系統(tǒng)實驗指導周愛武

1、操作系統(tǒng)實驗指導 實驗計劃及實驗項目 操作系統(tǒng)實驗課程計劃學時36學時，1學分，下表列出實驗項目，其中必做實驗24學時，選做實驗12學時（從24學時的可選做實驗項目中任選12學時）。 序號 將該分區(qū)從鏈中移出u.size 大小的分區(qū) 名稱類型 開出 要求 目的要求人組 學時 1 進程調(diào)度模擬實驗 基礎 必做 1熟悉進程控制塊的作用和實現(xiàn)技術； 2熟悉操作系統(tǒng)的進程調(diào)度算法及實現(xiàn)方法。 1 6 2 作業(yè)調(diào)度模擬實驗 基礎選做 1熟悉作業(yè)控制塊的作用和實現(xiàn)技術； 2熟悉操作系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度算法及實 現(xiàn)方法。1 6 3 存儲器管理實驗 從頭開始查表 綜合 必做 理解分區(qū)式存儲管理的基本原理1 2熟悉分

2、區(qū)分配和回收算法1 6 4 虛擬存儲器管理實驗 檢索完否？驗證 必做1理解頁式虛擬存儲管理的基本原 理 2熟悉常用的頁面置換算法Y 返回1 6 5 文件管理實驗設計 N 選做 模擬文件系統(tǒng)的基本功能1了解文件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和文件2 管理方法N 3-4 12 6 操作系統(tǒng)接口實驗 =u.size? m.size 驗證Y 選做 熟悉操作系統(tǒng)的用戶接口。1利用匯編語言編程進行系統(tǒng)功能調(diào)2 用。 繼續(xù)檢索下一個表項1 6 7 銀行家算法實驗m.sizeu.size從該分區(qū)中劃出驗證 G? N 必做 1了解死鎖的產(chǎn)生和避免的辦法并設計實 2編程實現(xiàn)銀行家算法，驗數(shù)據(jù)驗證其避免死鎖的資源分配 策略。Y 1

3、 6 一、操作系統(tǒng)接口實驗 實驗目的 熟悉操作系統(tǒng)的命令接口、圖形接口和程序接口。 實驗內(nèi)容 ? UNIX或LINUX環(huán)境： ? 熟悉開機登錄進入系統(tǒng)、退出系統(tǒng)的過程。 ? 使用UNIX或LINUX常用命令以及圖形化接口X-Windows。 ? 使用C語言編制一個小程序，使其可以通過某個系統(tǒng)調(diào)用來獲得操作系統(tǒng)的服務。 ? Windows環(huán)境： ? 熟悉開機登錄進入系統(tǒng)、退出系統(tǒng)的過程。 ? 熟悉使用命方式啟動應用程序的過程、熟悉Windows圖形用戶接口。 ? 編程實現(xiàn)一個操作系統(tǒng)的簡單命令解釋程序。 ? 使用匯編語言編制一個小程序，使其可以通過某些系統(tǒng)調(diào)用來獲得操作系統(tǒng)的服務。 實驗分析和思

4、考 ? 操作系統(tǒng)向用戶提供的各種接口分別適用于什么場合？ 實驗學時安排 6學時，在第一章學習完之后可以進行。（選做） 實驗題目 （1）命令接口實驗 利用操作系統(tǒng)的用戶接口編寫程序?qū)崿F(xiàn)一個操作系統(tǒng)的簡單shell程序，實現(xiàn)對一些簡單命令的解釋執(zhí)行。具體內(nèi)容包括： ? 查閱相關函數(shù)system(cmd)的調(diào)用方法，掌握它的用法； ? 掌握操作系統(tǒng)用戶接口的使用方法； ? 編寫主函數(shù)，實現(xiàn)一個微型命令解釋程序，該程序可以接受并解釋以下命令： ? dir 列出當前目錄 拷貝文件 ? copy file1 file2 ? del filename 刪除文件 ? echo string 顯示字符串 exi

5、t 結(jié)束、退出 ?(2) 程序接口實驗 使用DOS系統(tǒng)功能調(diào)用進行編程，實現(xiàn)文件操作。(在DOS下用3ch號功能創(chuàng)建一個文件，3dh號功能打開一個文件，3eh好功能關閉一個文件，3fh號功能讀文件，40h號功能寫文件。 windows下用CreatFile創(chuàng)建一個文件，CloseHandle關閉文件，WriteFile寫文件OpenFile打開文件，還有很多文件操作的api，可以查閱資料) 【示例1】用匯編語言編程把輸入的信息寫到txt文件中。 DATA SEGMENT BUFFER DB ABCDEF FILENAME DB A.TXT EMSG DB ERROR!,$ DATA ENDS

6、STACK1 SEGMENT PARA STACK DW 20H DUP(0) STACK1 ENDS CODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,SS:STACK1,CS:CODE START: AX,DATA MOV DS,AX MOV 5BH也可以用號功能，創(chuàng)建文件， ;3CH AH,3CH MOV 號功能 文件屬性 ; CX,0 MOV DX,FILENAME LEA 21H INT 若CF=1則出錯處理 ; JZ ERROR ;AX中為文件句柄 MOV BX,AX ;要寫的字節(jié)數(shù) MOV CX,6 DX,BUFFER LEA 好功能調(diào)用，寫文件 ;40H MOV AH,4

7、0H 21H INT END0 JMP ERROR: AH,9 MOV DX,EMSG LEA 21H INT END0: MOV AH,4CH 21H INT ENDS CODE START END 改進要求： 文件未關閉，請在合適位置增加關閉文件功能；1) 文件名改為從鍵盤輸入；2) 字符串從鍵盤輸入；3) 】將文本文件內(nèi)容讀入內(nèi)存并顯示在屏幕上。比如此文本文件叫做2【示例 ，內(nèi)容是：（兩行）test.txt1234 56789 DSEG SEGMENT ;數(shù)據(jù)段：在此處添加程序所需的數(shù)據(jù) PATHNM1 DB D:/TEST.TXT BUFFER1 DB 100 DUP (?) DSEG

8、 ENDS CSEG SEGMENT assume cs:CSEG, ds:DSEG START: mov ax, dseg mov ds, ax ;打開文件TEST.TXT MOV AH,3DH LEA DX,PATHNM1 MOV AL,2 INT 21H ;讀取文件內(nèi)容，存入BUFFER1 LEA DX,BUFFER1 MOV BX,AX MOV CX,100 MOV AH,3FH INT 21H ;顯示BUFFER1中的內(nèi)容 MOV CX,AX LEA SI,BUFFER1 NEXT: MOV DL,SI MOV AH,2 INT 21H INC SI LOOP NEXT ;關閉文件

9、MOV AH,3EH INT 21H ;按任意鍵退出 mov ah,1 int 21h mov ax, 4c00h ;程序結(jié)束，返回到操作系統(tǒng)系統(tǒng) int 21h CSEG ENDS END START 改進要求： 1) 文件名改為從鍵盤輸入； 字符串寫入另一文件； 2)二、作業(yè)調(diào)度模擬實驗 實驗目的 用高級語言編寫和調(diào)試一個或多個作業(yè)調(diào)度的模擬程序，以加深對作業(yè)調(diào)度算法的理解。 實驗內(nèi)容 為單道批處理系統(tǒng)設計一個作業(yè)調(diào)度程序。 說明：由于在單道批處理系統(tǒng)中，作業(yè)一投入運行，它就占有計算機的一切資源直到作業(yè)完成為止，因此調(diào)度作業(yè)時不必考慮它所需要的資源是否得到滿足，它所占用的 CPU時限等因素

10、。作業(yè)調(diào)度算法： ? 先來先服務（FCFS）調(diào)度算法，即按作業(yè)提交的先后次序進行調(diào)度,總是首先調(diào)度在系統(tǒng)中等待時間最長的作業(yè)。 ? 短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法； ? 響應比搞著優(yōu)先調(diào)度算法； 每個作業(yè)由一個作業(yè)控制塊JCB表示，JCB可以包含如下信息：作業(yè)名、提交時間、所需的運行時間、所需的資源、作業(yè)狀態(tài)、鏈指針等等。 作業(yè)的狀態(tài)可以是等待W(Wait)、運行R(Run)和完成F(Finish)三種狀態(tài)之一。每個作業(yè)的最初狀態(tài)總是等待W。各個等待的作業(yè)按照提交時刻的先后次序排隊，總是首先調(diào)度等待隊列中隊首的作業(yè)。 每個作業(yè)完成后要打印該作業(yè)的開始運行時刻、完成時刻、周轉(zhuǎn)時間和帶權周轉(zhuǎn)時間，這一組作業(yè)完

11、成后要計算并打印這組作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時間、帶權平均周轉(zhuǎn)時間。 : 調(diào)度算法的流程圖如下 實驗分析和思考 ? 什么類型的操作系統(tǒng)必須具有作業(yè)調(diào)度功能？ ? 作業(yè)調(diào)度算法性能如何衡量？ ? 多道批處理系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度要考慮哪些因素？ 實驗學時安排 （選做）學時，在調(diào)度與死鎖內(nèi)容學習之后進行。6三、銀行家算法實驗 實驗目的 通過對銀行家算法的模擬加深對死鎖概念的認識，掌握解決死鎖問題的方法。 實驗內(nèi)容 用C語言、Pascal語言或其他開發(fā)工具實現(xiàn)銀行家算法模擬程序，輸入系統(tǒng)資源配置情況、進程資源最大需求、占用情況后，能夠判斷系統(tǒng)是否安全，對某進程的一次資源請求，能夠決定是否實施分配。 算法具體內(nèi)容參見計算

12、機操作系統(tǒng)教材。 實驗分析和思考 ? 產(chǎn)生死鎖的四個必要條件是什么？ ? 解決死鎖問題的方法有哪些？ ? 銀行家算法是如何解決死鎖問題的？ 實驗學時安排 （必做）學時，在調(diào)度與死鎖內(nèi)容學習之后進行。6四、進程調(diào)度模擬實驗 實驗目的 通過對進程調(diào)度算法的模擬加深對進程概念和進程調(diào)度過程的理解。 實驗內(nèi)容 ? 用C語言或Pascal語言實現(xiàn)對N（N=5）個進程的調(diào)度模擬，要求至少采用兩種不同的調(diào)度算法（如簡單輪轉(zhuǎn)法Round Robin和優(yōu)先權高者優(yōu)先算法Highest Priority First），分別進行模擬調(diào)度。 ? 每個用來標識進程的進程控制塊PCB用結(jié)構(gòu)（記錄）來 描述，根據(jù)需要，它包

13、括以下字段： ? 進程標識數(shù)ID。 ? 進程優(yōu)先數(shù)Priority，并規(guī)定優(yōu)先數(shù)越大的進程，其優(yōu)先權越高。采用簡單輪轉(zhuǎn)法時該字段無用。 ? 進程已經(jīng)占用的CPU時間CPUTIME。 ? 進程還需占用的CPU時間ALLTIME。當進程運行完畢時，ALLTIME變?yōu)?。 ? 進程的阻塞時間STARTBLOCK，表示當進程再運行STARTBLOCK個時間片后，進程將進入阻塞狀態(tài)。 ? 進程被阻塞的時間BLOCKTIME，表示已經(jīng)阻塞的進程再等待BLOCKTIME格時間片后，將轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)。 ? 進程狀態(tài)STATE。 ? 隊列指針NEXT，用來將PCB排成隊列。 ? 優(yōu)先數(shù)改變的原則（采用簡單輪轉(zhuǎn)法

14、時該字段無用）： ? 進程在就緒隊列中等待一個時間片，優(yōu)先數(shù)增加1； ? 進程每運行一個時間片，優(yōu)先數(shù)減3。 ? 假設在進行調(diào)度前，系統(tǒng)中有5個進程，它們的初始狀態(tài)可以編程輸入 ，例如可以初始化為如下內(nèi)容：（更具有靈活性） ID PRIORITY CPUTIME ALLTIME STARTBLOCK BLOCKTIME STATE READY 3 0 3 9 0 2 READY 3 0 -1 1 0 38 READY 6 0 30 -1 2 0 READY 3 29 3 -1 0 0 READY 4 0 4 0 0 -1 ? 為了清楚地觀察諸進程的調(diào)度過程，程序應該將每個時間片內(nèi)各進程的情況顯

15、示出來并暫停，參考格式如下： Running：I Ready Queue：Idi，Idj， Block Queue：Idk，Idl， = ID PRIORITY CPUTIME ALLTIME STARTBLOCK BLOCKTIME STATE 0 P0 C0 A0 T0 B0 S0 1 P1 C1 A1 T1 B1 S1 2 P2 C2 A2 T2 B2 S2 3 P3 C3 A3 T3 B3 S3 4 P4 C4 A4 T4 B4 S4 每進行一次調(diào)度程序都打印一次運行進程、就緒隊列、以及各個進程的 PCB， 以便進行檢查。重復以上過程，直到所要進程都完成為止。調(diào)度算法的流程圖如 : 下

16、 實驗分析和思考 ? 在實際的進程調(diào)度中，還有哪些可行的算法，怎樣模擬？ ? 在實際的進程調(diào)度中，除了按算法選擇下一個運行的進程之外，操作系統(tǒng)還應該做哪些工作？ ? 為什么對進程的優(yōu)先數(shù)可以按上述原則進行修改？有什么好處？ 實驗學時安排 （必做）學時，在調(diào)度與死鎖內(nèi)容學習之后進行。6五、分區(qū)存儲管理模擬實驗（存儲器管理實驗） 實驗目的 了解動態(tài)分區(qū)存儲管理方式中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分配算法，加深對動態(tài)分區(qū)存儲管理方式及其實現(xiàn)技術的理解。 實驗內(nèi)容 ? 用C語言或Pascal語言分別實現(xiàn)采用首次適應算法或最佳適應算法的動態(tài)分區(qū)分配過程Allocate()和回收過程Free()。其中，空閑分區(qū)采用空閑分區(qū)

17、鏈來組織，內(nèi)存分配時，優(yōu)先使用空閑區(qū)低地址部分的空間。 ? 流程圖如下： 將該分區(qū)分配給請求者 修改有關數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回 ? 假設初始狀態(tài)，可用內(nèi)存空間為640KB，作業(yè)請求序列如下（也可以編程從鍵盤輸入，R表示請求，F(xiàn)表示釋放）： ? 作業(yè)1請求130 KB。 ? 作業(yè)2請求60 KB。 ? 作業(yè)3請求100 KB。 ? 作業(yè)2釋放60 KB。 ? 作業(yè)4請求200 KB。 ? 作業(yè)3釋放100 KB。 ? 作業(yè)1釋放130 KB。 ? 作業(yè)5請求140 KB。 ? 作業(yè)6請求60 KB。 ? 作業(yè)7請求50 KB。 ? 作業(yè)6釋放60 KB。 ? 要求每次分配和回收后顯示出空閑區(qū)鏈的情況。 ?

18、 如果不能為作業(yè)的請求進行內(nèi)存分配，給出相應的提示信息。 實驗分析和思考 ? 采用首次適應算法和最佳適應算法，對內(nèi)存的分配和回收速度有什么影響？ ? 如何解決碎片片問題？ 實驗學時安排 6學時，在分區(qū)存儲管理內(nèi)容學習之后進行。（必做） 六、請求分頁存儲管理模擬實驗（虛擬存儲器管理實驗） 實驗目的 通過對頁面、頁表、地址轉(zhuǎn)換和頁面置換過程的模擬，加深對請求分頁存儲管理系統(tǒng)的原理和實現(xiàn)技術的理解。 實驗內(nèi)容 ? 假設每個頁面可以存放10條指令，分配給進程的存儲塊數(shù)為4。 ? 用C語言或Pascal語言模擬一進程的執(zhí)行過程。設該進程工有320條指令，地址空間為32個頁面，運行前所有頁面均沒有調(diào)入內(nèi)存

19、。模擬運行時，如果所訪問的指令已經(jīng)在內(nèi)存，則顯示其物理地址，并轉(zhuǎn)下一條指令；如果所訪問的指令還未裝入內(nèi)存，則發(fā)生缺頁，此時需要記錄缺頁產(chǎn)生次數(shù)，并將相應頁面調(diào)入內(nèi)存，如果4個內(nèi)存塊已滿，則需要進行頁面置換。最后顯示其物理地址，并轉(zhuǎn)下一條指令。在所有指令執(zhí)行完畢后，顯示進程運行過程中的缺頁次數(shù)和缺頁率。 ? 頁面置換算法：可以采用OPT、FIFO、LRU三種算法。 ? 進程中的指令訪問次序按如下原則生成： ? 50%的指令是順序執(zhí)行的。 ? 25%的指令是均勻分布在低地址部分。 ? 25%的指令是均勻分布在高地址部分。 ? 具體實現(xiàn)的方法是： 在0，319之間隨機選取一條指令作為起始執(zhí)行指令，設

20、其序號（邏輯地址）為m； 順序執(zhí)行下一條指令，即序號（邏輯地址）為m+1的指令； 通過隨機數(shù)，跳轉(zhuǎn)到低地址部分0，m-1的一條指令處，設其序號為m1； 順序執(zhí)行下一條指令，即序號為m1+1的指令； 的一條指令處，設其序319，m1+2跳轉(zhuǎn)到高地址部分通過隨機數(shù)， 號為m2； 順序執(zhí)行下一條指令，即序號為m2+1的指令； 重復上述6步驟，直至執(zhí)行了320條指令。 實驗分析和思考 ? 如果增加分配給進程的物理塊數(shù)，會對進程運行過程中的缺頁率產(chǎn)生什么影響？ ? 為什么說一般情況下，LRU算法比FIFO算法具有更好的性能？ 實驗學時安排 6學時，在請求分頁存儲管理內(nèi)容學習之后進行。（必做） 七、簡單文件系統(tǒng)模擬實驗 實驗目的 通過具體的文件存儲空間的管理、文件的物理結(jié)構(gòu)、目錄結(jié)構(gòu)和文件操作的實現(xiàn)，加深對文件系統(tǒng)功能和實現(xiàn)過程的理解。 實驗內(nèi)容 ? 在內(nèi)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)一個簡單的單用戶文件系統(tǒng)。在退出這個簡單文件系統(tǒng)時，應將該虛擬文件系統(tǒng)保存到磁盤上，以便下次可以再將它恢復到內(nèi)存的虛擬磁盤上。 ? 文件存儲空間的分配可以