操作系統(tǒng)課程設計報告操作系統(tǒng)模擬

操作系統(tǒng)

課程設計報告學院：信息科學與工程學院專業(yè)班級:學號:計算機科學與技術09**專業(yè)班級:學號:計算機科學與技術09**班岸」09090928**姓名：***指導教師：宋虹2012年6月目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 概述 1\o"CurrentDocument"二、 課程設計要求 1\o"CurrentDocument"三、 設計的基本原理和概念 1\o"CurrentDocument"四、 詳細設計：使用主要控件、函數(shù) 6\o"CurrentDocument"線程1函數(shù)（獲得兩個隨機數(shù)）…… 6\o"CurrentDocument"線程2函數(shù)（計算它們的和） 7線程3函數(shù)（輸出結果） 8\o"CurrentDocument"信號量控制 8\o"CurrentDocument"登錄以及用戶切換 8\o"CurrentDocument"新增用戶函數(shù) 10\o"CurrentDocument"五、 運行及使用 11\o"CurrentDocument"六、 實驗總結 14參考文獻 15_、概述操作系統(tǒng)課程主要講述的內容是多道操作系統(tǒng)的原理與技術，與其它計算機原理、編譯原理、匯編語言、計算機網絡、程序設計等專業(yè)課程關系十分密切。本課程設計的目的綜合應用學生所學知識，建立系統(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)一個多用戶多任務的類操作系統(tǒng)軟件。要求如下：模擬進程調度算法，模擬各種進程調度算法，并能管理各種進程調度算法的演示過程。模擬各種內存分配算法及回收過程，并能動態(tài)演示。結合進程調度算法，能為進程模擬分配內存，并設計一個跟蹤該內存模擬分配的進程或線程，記錄內存分配的結果；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；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、關閉等操作；模擬磁盤管理過程，結合文件系統(tǒng)管理，顯示磁盤管理的結構和文件在磁盤上的分布情況。能模擬進程通信管理，用戶之間可以相互通信交流；最好能采用類似于Windows的窗口界面。三、 設計的基本原理和概念我所做的部分是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。還有進程間的通信。進程的用戶空間是互相獨立的，一般而言是不能互相訪問的，唯一的例外是共享內存區(qū)。但是，系統(tǒng)空間卻是“公共場所”，所以內核顯然可以提供這樣的條件。除此以外，那就是雙方都可以訪問的外設了。在這個意義上，兩個進程當然也可以通過磁盤上的普通文件交換信息，或者通過“注冊表”或其它數(shù)據庫中的某些表項和記錄交換信息。廣義上這也是進程間通信的手段，但是一般都不把這算作“進程間通信”。進程間通信目的：a） 數(shù)據傳輸：一個進程需要將它的數(shù)據發(fā)送給另一個進程，發(fā)送的數(shù)據量在一個字節(jié)到幾兆字節(jié)之間。b） 共享數(shù)據：多個進程想要操作共享數(shù)據，一個進程對共享數(shù)據的修改，別的進程應該立刻看到。c） 通知事件：一個進程需要向另一個或一組進程發(fā)送消息，通知它（它們）發(fā)生了某種事件（如進程終止時要通知父進程）。d） 資源共享：多個進程之間共享同樣的資源。為了作到這一點，需要內核提供鎖和同步機制。e）進程控制：有些進程希望完全控制另一個進程的執(zhí)行（如Debug進程），此時控制進程希望能夠攔截另一個進程的所有陷入和異常，并能夠及時知道它的狀態(tài)改變。進程可以對任何信號指定另一個動作或重載缺省動作，指定的新動作可以是忽略信號。進程也可以暫時地阻塞一個信號。因此進程可以選擇對某種信號所采取的特定操作，這些操作包括：（a） 忽略信號：進程可忽略產生的信號，但SIGKILL和SIGSTOP信號不能被忽略，必須處理（由進程自己或由內核處理）。進程可以忽略掉系統(tǒng)產生的大多數(shù)信號。（b） 阻塞信號：進程可選擇阻塞某些信號，即先將到來的某些信號記錄下來，等到以后（解除阻塞后）再處理它。（c） 由進程處理該信號：進程本身可在系統(tǒng)中注冊處理信號的處理程序地址，當發(fā)出該信號時，由注冊的處理程序處理信號。（d） 由內核進行缺省處理：信號由內核的缺省處理程序處理，執(zhí)行該信號的缺省動作。例如，進程接收到SIGFPE（浮點異常）的缺省動作是產生core并退出。大多數(shù)情況下，信號由內核處理。對信號的任何處理，包括終止進程，都必須由接收到信號的進程來執(zhí)行。而進程要執(zhí)行信號處理程序，就必須等到它真正運行時。因此，對信號的處理可能需要延遲一段時間。信號沒有固有的優(yōu)先級。如果為一個進程同時產生了兩個信號，這兩個信號會以任意順序出現(xiàn)在進程中并會按任意順序被處理。另外，也沒有機制用于區(qū)分同一種類的多個信號。如果進程在處理某個信號之前，又有相同的信號發(fā)出，則進程只能接收到一個信號。進程間通信主要包括管道，系統(tǒng)IPC（包括消息隊列，信號量,共享存儲），SOCKETo操作系統(tǒng)通過信號來通知進程系統(tǒng)中發(fā)生了某種預先規(guī)定好的事件（一組事件中的一個），它也是用戶進程之間通信和同步的一種原始機制。一個鍵盤中斷或者一個錯誤條件（比如進程試圖訪問它的虛擬內存中不存在的位置等）都有可能產生一個信號。Shell也使用信號向它的子進程發(fā)送作業(yè)控制信號。信號量：它允許多個線程在同一時刻訪問同一資源，但是需要限制在同一時刻訪問此資源的最大線程數(shù)目.信號量對象對線程的同步方式與前面幾種方法不同，信號允許多個線程同時使用共享資源，這與操作系統(tǒng)中的PV操作相同。它指出了同時訪問共享資源的線程最大數(shù)目。它允許多個線程在同一時刻訪問同一資源，但是需要限制在同一時刻訪問此資源的最大線程數(shù)目。信號的PV操作。信號量S是一個整數(shù)，S大于等于零時代表可供并發(fā)進程使用的資源實體數(shù)，但S小于零時則表示正在等待使用共享資源的進程數(shù)。P操作申請資源：（1） S減1；（2） 若S減1后仍大于等于零，則進程繼續(xù)執(zhí)行；（3） 若S減1后小于零，則該進程被阻塞后進入與該信號相對應的隊列中，然后轉入進程調度。V操作釋放資源：（1） S加1；（2） 若相加結果大于零，則進程繼續(xù)執(zhí)行；

（3）若相加結果小于等于零，則從該信號的等待隊列中喚醒一個等待進程，然后再返回原進程繼續(xù)執(zhí)行或轉入進程調度。本次試驗，我采用的線程模擬進程間的通信.線程主要有以下幾個操作BlockedPool融StRunningiUgk1/L偵己itPooiCPU謁度TBlockedPool融StRunningiUgk1/L偵己itPooiCPU謁度Tbilkedi^venlR.：jnricibletyhdjFdnizEdThread壕行機制（a）線程的啟動創(chuàng)建一個線程，首先要從類CwinThread產生一個派生類，同時必須使用DECLARE_DYNCREATE和IMPLEMENT_DYNCREATE來聲明和實現(xiàn)這個CwinThread派生類。第二步是根據需要重載該派生類的一些成員函數(shù)如：ExitInstance（）、InitInstance（）、OnIdle（）、PreTranslateMessage（）等函數(shù)。最后調用AfxBeginThread（）函數(shù)的一個版本：CWinThread*AfxBeginThread（CRuntimeClass*pThreadClass,intnPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL,UINTnStackSize=0,DWORDdwCreateFlags=0,LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSecurityAttrs=NULL）啟動該用戶界面線程，其中第一個參數(shù)為指向定義的用戶界面線程類指針變量，第二個參數(shù)為線程的優(yōu)先級，第三個參數(shù)為線程所對應的堆棧大小，第四個參數(shù)為線程創(chuàng)建時的附加標志，缺省為正常狀態(tài)，如為CREATE_SUSPENDED則線程啟動后為掛起狀態(tài)。對于工作線程來說，啟動一個線程，首先需要編寫一個希望與應用程序的其余部分并行運行的函數(shù)如Fun1（），接著定義一個指向CwinThread對象的指針變量*pThread,調用AfxBeginThread（Fun1,param,priority）函數(shù)，返回值賦給pThread變量的同時一并啟動該線程來執(zhí)行上面的Fun1（）函數(shù)，其中Fun1是線程要運行的函數(shù)的名字，也既是上面所說的控制函數(shù)的名字，param是準備傳送給線程函數(shù)Fun1的任意32位值，priority則是定義該線程的優(yōu)先級別，它是預定義的常數(shù)，讀者可參考MSDN。（b） 線程的懸掛和恢復CWinThread類中包含了應用程序懸掛和恢復它所創(chuàng)建的線程的函數(shù)，其中SuspendThread（）用來懸掛線程，暫停線程的執(zhí)行；ResumeThread（）用來恢復線程的執(zhí)行。如果你對一個線程連續(xù)若十次執(zhí)行SuspendThread（），則需要連續(xù)執(zhí)行相應次的ResumeThread（）來恢復線程的運行。（c） 線程的懸掛和恢復

CWinThread類中包含了應用程序懸掛和恢復它所創(chuàng)建的線程的函數(shù)，其中SuspendThread（）用來懸掛線程，暫停線程的執(zhí)行；ResumeThread（）用來恢復線程的執(zhí)行。如果你對一個線程連續(xù)若十次執(zhí)行SuspendThread（），則需要連續(xù)執(zhí)行相應次的ResumeThread（）來恢復線程的運行。（d）結束線程終止線程有三種途徑，線程可以在自身內部調用AfxEndThread（）來終止自身的運行；可以在線程的外部調用BOOLTerminateThread（HANDLEhThread,DWORDdwExitCode）來強行終止一個線程的運行，然后調用CloseHandle（）函數(shù)釋放線程所占用的堆棧;第三種方法是改變全局變量，使線程的執(zhí)行函數(shù)返回，則該線程終止。下面是第三種方式的代碼：CtestViewmessagehandlersSettoTruetoendthreadBoolbend=FALSE;//CtestViewmessagehandlersSettoTruetoendthreadBoolbend=FALSE;//定義的全局變量，用于控制線程的運行；TheThreadFunction；UINTThreadFunction(LPVOIDpParam)//線程函數(shù){while(!bend){Beep(100,100);Sleep(1000);}return0;}CwinThread*pThread;HWNDhWnd;VoidCtestView::OninitialUpdate(){hWnd=GetSafeHwnd();pThread=AfxBeginThread(ThradFunction,hWnd);//啟動線程pThread->m_bAutoDelete=FALSE;//線程為Cview::OnInitialUpdate();}VoidCtestView::OnDestroy(){bend=TRUE;//改變變量，線程結束WaitForSingleObject(pThread->m_hThread,INFINITE);//等待線程結束deletepThread;//刪除線程Cview::OnDestroy();共享內存式的通信方式通常由一個進程創(chuàng)建，其余進程對這塊內存區(qū)進行讀寫。得到共享內存有兩種方式：映射/dev/mem設備和內存映像文件。前一種方式不給系統(tǒng)帶來額外的開銷，但在現(xiàn)實中并不常用，因為它控制存取的是實際的物理內存；常用的方式是通過shmXXX函數(shù)族來實現(xiàn)共享內存：intshmget（key_tkey,intsize,intflag）;/*獲得一個共享存儲標識符*/該函數(shù)使得系統(tǒng)分配size大小的內存用作共享內存；void*shmat（intshmid,void*addr,intflag）;/*將共享內存連接到自身地址空間中*/如果一個進程通過fork創(chuàng)建了子進程，則子進程繼承父進程的共享內存，既而可以直接對共享內存使用，不過子進程可以自身脫離共享內存。shmid為shmget函數(shù)返回的共享存儲標識符，addr和flag參數(shù)決定了以什么方式來確定連接的地址，函數(shù)的返回值即是該進程數(shù)據段所連接的實際地址。此后，進程可以對此地址進行讀寫操作訪問共享內存。

對于共享內存，linux本身無法對其做同步，需要程序自己來對共享的內存做出同步計算，而這種同步很多時候就是用信號量實現(xiàn)。共享內存是存在于內核級別的一種資源，在 shell中可以使用ipcs命令來查看當前系統(tǒng)IPC中的狀態(tài)，在文件系統(tǒng)/proc目錄下有對其描述的相應文件。函數(shù)shmget可以創(chuàng)建或打開一塊共享內存區(qū)。函數(shù)原型如下：#include<sys/shm.h>intshmget(key_tkey,size_tsize,intflag);函數(shù)中參數(shù)key用來變換成一個扁識符，而且每一個IPC對象與一個key相對應。當新建一個共享內存段時，size參數(shù)為要請求的內存長度(以字節(jié)為單位)。注意：內核是以頁為單位分配內存，當size參數(shù)的值不是系統(tǒng)內存頁長的整數(shù)倍時，系統(tǒng)會分配給進程最小的可以滿足size長的頁數(shù)，但是最后一頁的剩余部分內存是不可用的。當打開一個內存段時，參數(shù)size的值為0。參數(shù)flag中的相應權限位初始化ipc_perm結構體中的mode域。同時參數(shù)flag是函數(shù)行為參數(shù)，它指定一些當函數(shù)遇到阻塞或其他情況時應做出的反應。四、 詳細設計：使用主要控件、函數(shù)；詳細設計：使用主要控件、函數(shù);本次試驗采用三個線程線程來模擬，采用共享內存的方式。線程1(input)獲取兩個隨機數(shù)hEvent計算兩個隨機數(shù)的和緩存1線程1(input)獲取兩個隨機數(shù)hEvent計算兩個隨機數(shù)的和緩存1線程2(calculate)HANDLEhEvent;〃事件對象信號量HANDLEhSemap;〃線程2.3之間的信號量1、 線程1函數(shù)(獲得兩個隨機數(shù))DWORDWINAPIinput(LPVOIDIpParameter){CvosDlg*Dlg=(CvosDlg*)lpParameter;inti=0;while(i<100){Dlg->editVal_1.Format(_T("%d"),rand()%100);Dlg->editVal_2.Format(_T("%d"),rand()%100);Dlg->m_Edit_1.SetWindowTextW(Dlg->editVal_1);Dlg->m_Edit_2.SetWindowTextW(Dlg->editVal_2);SetEvent(hEvent);//v操作i++;Sleep(1000);}return0;}2、 線程2函數(shù)(計算它們的和)DWORDWINAPIcalculate(LPVOIDlpParameter){CvosDlg*Dlg=(CvosDlg*)lpParameter;inti=0;while(i<100){WaitForSingleObject(hEvent,INFINITE);//p操作Sleep(200);intsum=_tstoi(Dlg->editVal_1)+_tstoi(Dlg->editVal_2);Dlg->editVal_3.Format(_T("%s+%s=%d"),Dlg->editVal_1,Dlg->editVal_2,sum);Dlg->m_Edit_3.SetWindowTextW(Dlg->editVal_3);Dlg->editVal_4.Format(_T("%d"),sum);ReleaseSemaphore(hSemap,1,NULL);i++;}CloseHandle(hEvent);return0;}3、 線程3函數(shù)(輸出結果)DWORDWINAPIprint(LPVOIDIpParameter){CvosDlg*Dlg=(CvosDlg*)lpParameter;inti=0;while(i<100){WaitForSingleObject(hSemap,INFINITE);Sleep(200);Dlg->m_Edit_4.SetWindowTextW(Dlg->editVal_4);i++;}CloseHandle(hSemap);return0;}4、 信號量控制voidCvosDlg::OnBnClickedProcom()//進程通信按鈕函數(shù){//TODO:在此添加控件通知處理程序代碼hEvent=CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,NULL);//ffi用事件對象hSemap=CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL); //使用信號量CloseHandle(CreateThread(NULL,0,input,this,0,NULL));CloseHandle(CreateThread(NULL,0,calculate,this,0,NULL));CloseHandle(CreateThread(NULL,0,print,this,0,NULL));5、 登錄以及用戶切換密碼和賬號保存在pwd.ini文檔內voidChangeUsr::DoDataExchange(CDataExchange*pDX){CDialogEx::DoDataExchange(pDX);DDX_Control(pDX,IDC_COMBO1,m_usrList);for(inti=0;i<UsrCount;++i){m_usrList.AddString(usrName[i]);}DDX_Control(pDX,IDC_EDIT1,m_ChangPwd);}BEGIN_MESSAGE_MAP(ChangeUsr,CDialogEx)ON_BN_CLICKED(IDOK,&ChangeUsr::OnBnClickedOk)END_MESSAGE_MAP()//ChangeUsr消息處理程序voidChangeUsr::OnBnClickedOk(){//TODO:在此添加控件通知處理程序代碼index=m_usrList.GetCurSel();m_usrList.GetWindowTextW(Name);if(!checkPwd()){Name="";}CDialogEx::OnOK();}boolChangeUsr::checkPwd(){CStringUsrpwd;ifstreampwd;m_ChangPwd.GetWindowTextW(Usrpwd);pwd.open("pwd.ini");if(!pwd.is_open()){exit(0);charname[20]={0};charpassword[30]={0};while(!pwd.eof()){pwd>>name;pwd>>password;if(Name==(CString)name){if(Usrpwd==(CString)password){returntrue;}else{MessageBox(_T("密碼錯誤”),_T("警告”),MB_OK|MB_ICONERROR);returnfalse;}}}if(pwd.eof())//是否到文件尾{if(IDYES==MessageBox(_T("是否要添加用戶？，—T("提示"),MB_YESNO|MB_ICONQUESTION)){AddUsr();returntrue;}}pwd.close();returnfalse;}6、新增用戶函數(shù)voidChangeUsr::AddUsr(){ofstreamadd;add.open("pwd.ini",ios::app|ios::out);if(!add.is_open()){

exit(0);CStringpwdstr;m_Ch