操作系統(tǒng)課程設(shè)計(1)

1、中南大學操作系統(tǒng)課程設(shè)計實驗報告題 目：多用戶多任務(wù)的類操作系統(tǒng)學 院：信息科學與工程學院姓 名：班 級：日 期：2014/07目錄一、 概述 二、 課程設(shè)計要求 三、 設(shè)計的基本原理和概念四、 總體設(shè)計：實現(xiàn)的方法和主要技術(shù)路線 1總體功能模塊圖 2總體功能流圖五、 詳細設(shè)計：1. 模塊內(nèi)部的流程2. 實現(xiàn)算法3. 運行結(jié)果六、 完成的情況七、 使用說明 八、 實驗總結(jié) 九、 參考文獻 十、 附件：源程序代碼一、 概述操作系統(tǒng)課程主要講述的內(nèi)容是多道操作系統(tǒng)的原理與技術(shù)，與其它計算機原理、編譯原理、匯編語言、計算機網(wǎng)絡(luò)、程序設(shè)計等專業(yè)課程關(guān)系十分密切。本課程設(shè)計的目的綜合應(yīng)用學生所學知識，建

2、立系統(tǒng)和完整的計算機系統(tǒng)概念，理解和鞏固操作系統(tǒng)基本理論、原理和方法，掌握操作系統(tǒng)開發(fā)的基本技能。二、 課程設(shè)計要求采用VC、VB、java或C等編程語言，模擬開發(fā)一個多用戶多任務(wù)的類操作系統(tǒng)軟件。要求如下：1. 模擬進程調(diào)度算法，模擬各種進程調(diào)度算法，并能管理各種進程調(diào)度算法的演示過程。2. 模擬各種內(nèi)存分配算法及回收過程，并能動態(tài)演示。結(jié)合進程調(diào)度算法，能為進程模擬分配內(nèi)存，并設(shè)計一個跟蹤該內(nèi)存模擬分配的進程或線程，記錄內(nèi)存分配的結(jié)果；3. 模擬多用戶登錄管理過程，能允許多個用戶登錄，為每個用戶建立進程或線程，并進行進程管理；4. 能模擬文件系統(tǒng)管理，進程可以對文件系統(tǒng)（包括文件和目錄）進

3、行讀、寫、創(chuàng)建、刪除、打開、關(guān)閉等操作；5. 模擬磁盤管理過程，結(jié)合文件系統(tǒng)管理，顯示磁盤管理的結(jié)構(gòu)和文件在磁盤上的分布情況。6. 能模擬進程通信管理，用戶之間可以相互通信交流；7. 最好能采用類似于Windows的窗口界面。三、 設(shè)計的基本原理和概念本系統(tǒng)軟件是模擬操作系統(tǒng)的整個工作過程，主要功能包括多用戶登錄管理，文件與用戶管理，進程與存儲管理，以及系統(tǒng)進程管理。多用戶操作系統(tǒng)允許多個不同用戶同時使用計算機的資源。操作系統(tǒng)必須確保均衡地滿足各個用戶的要求，他們使用的各個程序都具有足夠且獨立的資源，從而使一個用戶的問題不會影響到整個用戶群。在本系統(tǒng)中,將用戶分為管理員用戶和普通用戶。登陸時可

4、選擇，若選擇管理員用戶登陸，則對各用戶有管理權(quán)限（添加或刪除），對文件系統(tǒng)不僅有讀寫權(quán)限，還能新建、刪除、修改文件或目錄等；若選擇普通用戶登陸，則只能查看用戶，且只能讀文件。多用戶多級目錄的文件系統(tǒng)：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)內(nèi)部功能和實現(xiàn)過程的理解。 在本系統(tǒng)中，文件與用戶管理相結(jié)合，實現(xiàn)了以下幾項功能：查看文件目錄結(jié)構(gòu)、文件屬性、磁盤屬性、磁盤塊分配位示圖、索引節(jié)點分配位示圖、用戶管理（管理員有該權(quán)限），查看用戶、新建文件/目錄（管理員權(quán)限）、刪除文件/目錄（管理員權(quán)限），讀寫文件（普通用戶只讀）。進程與存儲管理系統(tǒng)：即模擬cpu

5、調(diào)度和內(nèi)存分配。作業(yè)進入內(nèi)存中，由CPU分配產(chǎn)生PCB屬性，并通過PCB記錄進程狀態(tài)，實驗即以PCB代表進程模擬調(diào)度過程；在多道系統(tǒng)中，多道系統(tǒng)中，當就緒進程數(shù)大于處理機數(shù)時，須按照某種策略決定哪些進程優(yōu)先占用處理機，本實驗采用優(yōu)先級；進程調(diào)度時，規(guī)定若就緒隊列進程數(shù)少于6個，則自動從后備隊列調(diào)入一個作業(yè)；系統(tǒng)會將占有較多資源、預(yù)期結(jié)果不符合要求的進程自動掛起，并回收所占資源，而本實驗設(shè)置為手動掛起；在適宜條件下，系統(tǒng)會將掛起的進程自動解掛，而且只解掛到就緒隊列；本實驗為簡化操作，設(shè)置為手動解掛，若解掛條件合適（即CPU各種資源可用），則解掛到就緒隊列，并分配內(nèi)存；若解掛條件不適宜，則解掛至后

6、備隊列，但不分配內(nèi)存。系統(tǒng)進程管理器：即任務(wù)管理器。操作系統(tǒng)是一個介于軟件和硬件之間的特殊硬件，一方面分配硬件資源另一方面支持軟件在它上面的實現(xiàn)，如何實時地監(jiān)控和掌握系統(tǒng)軟硬件工作的狀態(tài)、資源分配和使用的情況，對計算機用戶而言十分重要，于是就有了任務(wù)管理器這樣的實時監(jiān)控窗口。通過這個窗口我們可以了解到電腦所有進程運行狀況，并對運行的進程加于管理和控制，正如在本系統(tǒng)中，啟動進程管理器后，可以通過”獲取進程”功能來獲得本計算機啟動的進程，以及與該進程相關(guān)的信息，其中包括的信息有：進程映像名稱，進程的PID、會話名稱、會話次數(shù)以及內(nèi)存使用，我們可以通過這些信息來了解計算機中每個進程的使用狀況。同時我

7、們可以在進程管理器上選中一個要終止的的進程，右擊選擇關(guān)閉方式，如“根據(jù)名稱關(guān)閉進程”或“根據(jù)PID關(guān)閉進程”功能按鈕，該進程被終止執(zhí)行并退出進程列表，此按鈕實現(xiàn)的功能正如我們電腦任務(wù)管理器的“進程”功能，當電腦執(zhí)行程序不能通過關(guān)閉窗口進行正常的關(guān)閉時，可以借助此辦法來關(guān)閉進程。其中還包括了關(guān)閉進程樹和刷新進程列表的功能。磁盤管理：磁盤格式化時，系統(tǒng)把磁盤存儲空間分成許多磁道。每個磁道又分成若干個扇區(qū)（又叫做磁盤塊）。之后用fdisk命令對硬盤進行分區(qū)，即使只有一個分區(qū)，也必須用fdisk命令進行分區(qū)。分區(qū)的目的，就是制作文件卷，形成文件系統(tǒng)。一個文件卷一般都被劃分成引導扇區(qū)、文件系統(tǒng)管理區(qū)和文

8、件數(shù)據(jù)區(qū)。其中，文件數(shù)據(jù)區(qū)用來存放系統(tǒng)文件和用戶文件。用戶可以通過文件系統(tǒng)提供的API，創(chuàng)建、打開、關(guān)閉和對文件進行讀寫。當用戶的文件不再需要時，就應(yīng)該刪除。把一個文件放到磁盤上時，可以組織成連續(xù)文件、鏈接文件或索引文件等。因此，磁盤空間的分配方法也有兩種，一種是連續(xù)空間的分配，一種是不連續(xù)空間的分配（又叫動態(tài)分配）。四、總體設(shè)計 1總體功能模塊及關(guān)系圖系統(tǒng)進程管理文件與用戶管理多用戶多任務(wù)類操作系統(tǒng)多用戶登陸界面磁盤管理進程與存儲管理 2總體功能流圖開始初始化登陸界面管理員用戶登陸？文件與用戶管理系統(tǒng)進程管理進程與存儲管理內(nèi)存分配算法進程控制進程調(diào)度算法任務(wù)管理器磁盤屬性及分配查看及管理用戶

9、文件及目錄管理五、詳細設(shè)計（一）多用戶操作系統(tǒng)（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及主要函數(shù)public class LoginView extends JFrameJFrame jframe = new JFrame("歡迎登陸系統(tǒng)");private FilesysServer fss1= null;int sw=(int) Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenSize().getWidth(); int sh=(int)Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenSize().getHeight();public Logi

10、nView(FilesysServer fss)this.fss1 = fss;/初始化面板 JPanel loginPanel = new JPanel(); JLabel titleJLable = new JLabel(); titleJLable.setText("歡迎登陸系統(tǒng)"); titleJLable.setSize(500,200); /用戶面板 JPanel userPanel = new JPanel(); userPanel.setLayout(null); JButton adminButton = new JButton(); adminButto

11、n.setText("管理員用戶登陸"); JButton userButton = new JButton(); userButton.setText("普通用戶登陸"); 。（二）文件與用戶管理本系統(tǒng)分兩種用戶：管理員用戶和普通用戶，實現(xiàn)文件系統(tǒng)的模擬管理與查看過程。管理員用戶對文件系統(tǒng)可以進行創(chuàng)建用戶、刪除用戶、創(chuàng)建文件、刪除文件、創(chuàng)建目錄、刪除目錄、讀文件、寫文件、打開文件、關(guān)閉文件、顯示目錄等操作；普通用戶只能讀文件和查看用戶。并且加入磁盤管理功能，在查看/創(chuàng)建/刪除文件等操作時時，顯示文件屬性、磁盤屬性、磁盤分配情況。索引節(jié)點分配情況，動態(tài)實

12、時的掌握內(nèi)存分配。（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及主要函數(shù)public class MyFile public int fsize;public String fname;public String ftime;public String fcont;public int fownid;public int fgrpid;public int fmode;public class Dir /文件名36B/TOTAL36Bpublic String fname;/文件名15Bpublic int findex;/INODE號3Bpublic String pname;/父文件名15Bpublic int pin

13、dex;/父INODE號3Bpublic class Disk public final static int DISKSIZE=100*512;/磁盤大小public final static int INUM=80;/inode數(shù)量 public final static int BNUM=100;/塊數(shù)量512B*100 = 51200Bpublic final static int BSIZE=512;/塊大小public final static int ISIZE=64;/inode大小64B * 80 = 5120Bpublic final static int DSIZE=36

14、;/dir大小36B * 14 512Bpublic final static int BASEB=11;/不能使用的塊public class Inode /索引節(jié)點信息64B/TOTAL NOW59Bpublic int fsize;/文件大小 6Bpublic int fblock;/文件塊數(shù) 6Bpublic int faddr;/直接塊號 4*3Bpublic int fadd1;/一級塊號 3Bpublic int fownid;/所有者ID6Bpublic int fgrpid;/所在組ID6Bpublic int fmode;/文件類型權(quán)限6B (d/- + 二進制)publi

15、c String ftime;/最近修改時間14B (20XXXXXXXXXX)public Inode()faddr=new int4;public class SuperBlock public int bitindex;/空余塊位示圖100Bpublic int bitblock;/空余節(jié)點位示圖120Bpublic int freindex;/剩余的節(jié)點5Bpublic int freblock;/剩余的塊5B（2）流程圖文件瀏覽器管理員用戶？ NY磁盤管理查看文件及目錄查看與管理用戶索引節(jié)點分配磁盤塊分配磁盤屬性刪除用戶添加用戶查看用戶文件屬性讀/寫文件刪除目錄新建目錄刪除文件新建文

16、件查看文件及目錄查看與管理用戶磁盤管理索引節(jié)點使用情況磁盤塊使用情況磁盤屬性查看用戶讀文件文件屬性（三）進程與存儲管理3.1進程控制：利用簡單的結(jié)構(gòu)和控制方法模擬進程結(jié)構(gòu)、進程狀態(tài)和進程控制。用PCB表示整個進程實體，利用隨機數(shù)方法或鍵盤控制方法模擬進程執(zhí)行中產(chǎn)生的事件?；蛘呃檬髽嘶蛘哝I盤中斷的基于圖形接口方式的進程控制管理。（1） 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):public class PCB private int PID;/進程idprivate int timeNeed;/運行所需的時間private int priority;/進程的優(yōu)先級private int state;/所處于的狀態(tài) 5個pri

17、vate int memoryNeed;/所需內(nèi)存private int startLocation;/開始的位置private PCB next;/下一個進程控制塊的句柄private Color color;/顏色private int pecent;/執(zhí)行的百分比public final static int state_running = 0;/狀態(tài)標志位 0表示運行 1表示就緒 2表示掛起 3表示后備 4表示解掛public final static int state_ready = 1;/就緒public final static int state_hang = 2;/掛起pu

18、blic final static int state_reserve = 3;/后備public final static int state_resume = 3;/解掛public final static int state_block = 4;/阻塞public final static int state_dead = 5;/死亡/默認構(gòu)造public PCB()（2）主要函數(shù)：public class Schedulingpublic boolean executeProcess()queue.sortQueue1();/對就緒隊列按優(yōu)先級排序public void schedu

19、lingProcess()/*調(diào)度進程進入ReadyQueue*/public boolean schedulingFromResume()/*從解掛隊列調(diào)度進程進入就緒隊列*/public boolean schedulingFromReserve()/*從后備隊列調(diào)度進程進入就緒隊列*/public void resumeProcess(PCB pcb) /*結(jié)束一條進程*/public void addProcess(int timeNeed,int priority,int memoryNeed) /添加進程public boolean blockProcess()/*阻塞進程*/cl

20、ass resumeBlock extends Thread/*解除阻塞*/public boolean hangProcess()/*掛起進程*/class resumeHang extends ThreadPCB pcb;int time;public resumeHang(PCB pcb,int time)this.pcb = pcb;this.time = time;/*解掛*/public int producePID()/隨機產(chǎn)生PID（3）算法設(shè)計創(chuàng)建進程：輸入進程的名稱，先判斷進程名是否已存在，若已存在，則創(chuàng)建進程失敗，需重新操作，創(chuàng)建進程成功后，新進程進入就緒隊列。若執(zhí)行態(tài)為

21、空，將進程插入執(zhí)行態(tài)。阻塞進程：若當前有執(zhí)行進程，則將其阻塞，并將進程加入阻塞態(tài)，若就緒隊列不為空，則就緒隊列第一個進程插入執(zhí)行態(tài)；若當前無執(zhí)行進程 ，則阻塞失敗。喚醒進程：若當前阻塞態(tài)不為空，則將阻塞隊列第一個進程插入就緒態(tài)；若當前阻塞態(tài)為空，則喚醒失敗。時間片到：若當前有執(zhí)行態(tài)進程，則插入就緒隊態(tài)，并將就緒態(tài)第一個進程進入執(zhí)行態(tài)；若當前無執(zhí)行進程，則無執(zhí)行進程。結(jié)束進程：若當前有執(zhí)行進程，則結(jié)束進程，若當前就緒態(tài)不為空，則就緒態(tài)第一個進程進入執(zhí)行態(tài)；若當前無執(zhí)行進程 ，則結(jié)束進程失敗。（4）流程圖： 開始輸入執(zhí)行命令輸入t輸入C輸入b N N N輸入進程名執(zhí)行態(tài)插入就緒態(tài)執(zhí)行態(tài)轉(zhuǎn)為阻塞態(tài)

22、Y Y Y將進程插入就緒態(tài)就緒態(tài)第一個結(jié)點插入執(zhí)行態(tài)就緒態(tài)第一個結(jié)點插入執(zhí)行態(tài)執(zhí)行態(tài)為空 N顯示進程信息將進程插入執(zhí)行態(tài)顯示進程信息Y顯示進程信息輸入w執(zhí)行態(tài)為空 Y N阻塞態(tài)為空 N N結(jié)束進程阻塞態(tài)插入就緒態(tài) Y Y就緒態(tài)第一個結(jié)點插入執(zhí)行態(tài)顯示進程信息結(jié)束顯示進程信息3.2進程調(diào)度：實現(xiàn)先來先服務(wù)FCFS、短作業(yè)優(yōu)先以及動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法。我們可以根據(jù)創(chuàng)建進程的系統(tǒng)時鐘，取相對時鐘作為進程的到達時間，利用隨機數(shù)產(chǎn)生每個進程的估計運行時間。利用模擬系統(tǒng)中提供的算法分別計算其相應(yīng)的周轉(zhuǎn)時間和帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及主要函數(shù)public class NewPCBDialog extend

23、s JDialog implements ActionListenerprivate JLabel tips_priority;private JLabel tips_timeNeed;private JLabel tips_memoryNeed;private JTextField text_priority;private JTextField text_timeNeed;private JTextField text_memoryNeed;private JButton create;private MainFrame parentFrame;public NewPCBDialog(Ma

24、inFrame frame)public void init()public void actionPerformed(ActionEvent e) （2）算法設(shè)計：1、利用絕對時間和相對時鐘產(chǎn)生一組進程的到達時刻和運行時間。2、實現(xiàn)FCFS算法：根據(jù)進程的到達時間的先后次序來完成對若干進程的調(diào)度。3、實現(xiàn)算法：根據(jù)當前時間已經(jīng)到達進程的需要運行時間選取其中時間最小的進程最先運行。4、實現(xiàn)DPS算法：各進程的優(yōu)先權(quán)隨運行時間而改變，進程在就緒隊列中等待一個時間片，優(yōu)先權(quán)值加1；進程每運行一個時間片，優(yōu)先權(quán)值減3。然后調(diào)用 priority()函數(shù) 按照個進程的優(yōu)先級別的高低來決定進程在每個時間

25、片的狀態(tài)，并通過輸出函數(shù)顯示。5、計算每種算法調(diào)度后，系統(tǒng)的平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。 （3）流程圖： 進程調(diào)度過程FCFS 算法 開 始創(chuàng)建數(shù)組，并初始化將數(shù)組中的進程按到達時間的順序排序獲取某進程執(zhí)行過程中到達的所有進程對獲取的所有進程按照短作業(yè)優(yōu)先進行排序得到進程的執(zhí)行序列依次執(zhí)行各個進程所有進程執(zhí)行完成結(jié) 束 SJF算法DPS算法（四）系統(tǒng)進程管理：任務(wù)管理器（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及主要函數(shù)public TaskList() super("任務(wù)管理器");this.addItem();this.pack();this.setVisible(true);this.set

26、Location(150, 100);（2）任務(wù)管理器功能模塊六、完成的情況在課設(shè)期間，采用java編程語言，模擬開發(fā)一個多用戶多任務(wù)的類操作系統(tǒng)軟件，所實現(xiàn)的功能有：（1）模擬進程調(diào)度算法，模擬各種進程調(diào)度算法，并能管理各種進程調(diào)度算法的演示過程。（2）模擬各種內(nèi)存分配算法及回收過程，并能動態(tài)演示。結(jié)合進程調(diào)度算法，能為進程模擬分配內(nèi)存，并設(shè)計一個跟蹤該內(nèi)存模擬分配的進程或線程，記錄內(nèi)存分配的結(jié)果；（3）模擬多用戶登錄管理過程，能允許多個用戶登錄，為每個用戶建立進程或線程，并進行進程管理；（4）能模擬文件系統(tǒng)管理，進程可以對文件系統(tǒng)（包括文件和目錄）進行讀、寫、創(chuàng)建、刪除、打開、關(guān)閉等操作；（5）模擬磁盤管理過程，結(jié)合文件系統(tǒng)管理，顯示磁盤管理的結(jié)構(gòu)和文件在磁盤上的分布情況。（6）采用類似于Windows的窗口界面。未實現(xiàn)模擬進程通信管理功能。七、 運行及使用說明