2021操作系統(tǒng)實驗

1、操作系統(tǒng)實驗操作系統(tǒng)試驗指導. 課程的性質(zhì)、目的和任務操作系統(tǒng)在整個計算機系統(tǒng)軟件中占有中心地位。其作用是對計算機系統(tǒng)進行統(tǒng)一的調(diào)度和管理，提供各種強有力的系統(tǒng)服務，為用戶創(chuàng)造既靈活又方便的使用環(huán)境。本課程是計算機及應用專業(yè)的一門專業(yè)主干課和必修課。通過本課程的學習,使學生掌握操作系統(tǒng)的基本概念、設(shè)計原理及實施技術(shù),具有分析操作系統(tǒng)和設(shè)計、實現(xiàn)、開發(fā)實際操作系統(tǒng)的能力。二. 實驗的意義和目的操作系統(tǒng)是計算機專業(yè)學生的一門重要的專業(yè)課程。操作系統(tǒng)質(zhì)量對整個計算機系統(tǒng)的性能和用戶對計算機的使用有重大的影響。一個優(yōu)良的操作系統(tǒng)能極大地擴充計算機系統(tǒng)的功能，充分發(fā)揮系統(tǒng)中各種設(shè)備的使用效率，提高系統(tǒng)工

2、作的可靠性。由于操作系統(tǒng)涉及計算機系統(tǒng)中各種軟硬件資源的管理，內(nèi)容比較繁瑣，具有很強的實踐性。要學好這門課程，必須把理論與實踐緊密結(jié)合，才能取得較好的學習效果。培養(yǎng)計算機專業(yè)的學生的系統(tǒng)程序設(shè)計能力，是操作系統(tǒng)課程的一個非常重要的環(huán)節(jié)。通過操作系統(tǒng)上機實驗，可以培養(yǎng)學生程序設(shè)計的方法和技巧，提高學生編制清晰、合理、可讀性好的系統(tǒng)程序的能力，加深對操作系統(tǒng)課程的理解。使學生更好地掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、及基本功能,具有分析實際操作系統(tǒng)、設(shè)計、構(gòu)造和開發(fā)現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本能力。三.實驗運行環(huán)境及上機前的準備實驗運行環(huán)境: C語言編程環(huán)境上機前的準備工作包括：按實驗指導書要求事先編好程序；

3、準備好需要輸入的中間數(shù)據(jù)；估計可能出現(xiàn)的問題；預計可能得到的運行結(jié)果。四. 實驗內(nèi)容及安排實驗內(nèi)容包括進程調(diào)度、銀行家算法、頁式地址重定位模擬，LRU算法模擬和先來先服務算法五個實驗。每個實驗介紹了實習的目的要求、內(nèi)容和方法。實驗一、進程調(diào)度試驗目的要求用高級語言編寫和調(diào)試一個進程調(diào)度程序，以加深對進程的概念及進程調(diào)度算法的理解準備知識一、基本概念1、進程的概念；2、進程的狀態(tài)和進程控制塊；3、進程調(diào)度算法；二、進程調(diào)度1、進程的狀態(tài) 2、進程的結(jié)構(gòu)PCB進程都是由一系列操作(動作)所組成，通過這些操作來完成其任務。因此，不同的進程，其內(nèi)部操作也不相同。在操作系統(tǒng)中，描述一個進程除了需要程序和

4、私有數(shù)據(jù)之外，最主要的是需要一個與動態(tài)過程相聯(lián)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來描述進程的外部特性(名字、狀態(tài)等)以及與其它進程的聯(lián)系(通信關(guān)系)等信息，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為進程控制塊(PCB ，Process Control Block)。進程控制塊PCB 與進程一一對應，PCB 中記錄了系統(tǒng)所需的全部信息、用于描述進程情況所需的全部信息和控制進程運行所需的全部信息。因此，系統(tǒng)可以通過進程的PCB來對進程進行管理。試驗內(nèi)容設(shè)計一個有 N 個進程共行的進程調(diào)度程序。進程調(diào)度算法：采用最高優(yōu)先數(shù)優(yōu)先的調(diào)度算法（即把處理機分配給優(yōu)先數(shù)最高的進程）和先來先服務算法。每個進程有一個進程控制塊（ PCB ）表示。進

5、程控制塊可以包含如下信息：進程名、優(yōu)先數(shù)、到達時間、需要運行時間、已用CPU 時間、進程狀態(tài)等等。 進程的優(yōu)先數(shù)及需要的運行時間可以事先人為地指定（也可以由隨機數(shù)產(chǎn)生）。進程的到達時間為進程輸入的時間。進程的運行時間以時間片為單位進行計算。每個進程的狀態(tài)可以是就緒 W （Wait ）、運行R （Run ）、或完成F （Finish ）三種狀態(tài)之一。就緒進程獲得 CPU 后都只能運行一個時間片。用已占用CPU 時間加1來表示。如果運行一個時間片后，進程的已占用 CPU 時間已達到所需要的運行時間，則撤消該進程，如果運行一I/O某事件被解除（I/O 完成）理機分配給進程個時間片后進程的已占用CPU

6、時間還未達所需要的運行時間，也就是進程還需要繼續(xù)運行，此時應將進程的優(yōu)先數(shù)減1（即降低一級），然后把它插入就緒隊列等待CPU。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:進程調(diào)度源程序如下：jingchendiaodu.cpp#include stdio.h#include #include #define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)#define NULL 0struct pcb /* 定義進程控制塊PCB */char name10;cha

7、r state;int super;int ntime;int rtime;struct pcb* link;*ready=NULL,*p;typedef struct pcb PCB;sort() /* 建立對進程進行優(yōu)先級排列函數(shù)*/PCB *first, *second;int insert=0;if(ready=NULL)|(p-super)(ready-super) /*優(yōu)先級最大者,插入隊首*/ p-link=ready;ready=p;else /* 進程比較優(yōu)先級,插入適當?shù)奈恢弥?/first=ready;second=first-link;while(second!=NUL

8、L)if(p-super)(second-super) /*若插入進程比當前進程優(yōu)先數(shù)大,*/ /*插入到當前進程前面*/p-link=second;first-link=p;second=NULL;insert=1;else /* 插入進程優(yōu)先數(shù)最低,則插入到隊尾*/first=first-link;second=second-link;if(insert=0) first-link=p;input() /* 建立進程控制塊函數(shù)*/int i,num;clrscr(); /*清屏*/printf(n 請輸入進程號?);scanf(%d,&num);for(i=0;iname);printf(

9、n 輸入進程優(yōu)先數(shù):);scanf(%d,&p-super);printf(n 輸入進程運行時間:);scanf(%d,&p-ntime);printf(n);p-rtime=0;p-state=w;p-link=NULL;sort(); /* 調(diào)用sort函數(shù)*/int space()int l=0; PCB* pr=ready;while(pr!=NULL)l+;pr=pr-link;return(l);disp(PCB * pr) /*建立進程顯示函數(shù),用于顯示當前進程*/printf(n qname t state t super t ndtime t runtime n);print

10、f(|%st,pr-name);printf(|%ct,pr-state);printf(|%dt,pr-super);printf(|%dt,pr-ntime);printf(|%dt,pr-rtime);printf(n);check() /* 建立進程查看函數(shù)*/PCB* pr;printf(n * 當前正在運行的進程是:%s,p-name); /*顯示當前運行進程*/ disp(p);pr=ready;printf(n *當前就緒隊列狀態(tài)為:n); /*顯示就緒隊列狀態(tài)*/while(pr!=NULL)disp(pr);pr=pr-link;destroy() /*建立進程撤消函數(shù)(進

11、程運行結(jié)束,撤消進程)*/printf(n 進程%s 已完成.n,p-name);free(p);running() /* 建立進程就緒函數(shù)(進程運行時間到,置就緒狀態(tài)*/ (p-rtime)+;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)*/int len,h=0;char ch;input();len=space();while(len!=0)&(ready!=NULL)ch=getchar();h+;printf(n The e

12、xecute number:%d n,h);p=ready;ready=p-link;p-link=NULL;p-state=R;check();running();printf(n 按任一鍵繼續(xù).);ch=getchar();printf(nn 進程已經(jīng)完成.n);ch=getchar(); 實驗二、銀行家算法（一）目的和要求銀行家算法是由Dijkstra設(shè)計的最具有代表性的避免死鎖的算法。本實驗要求用高級語言編寫一個銀行家的模擬算法。通過本實驗可以對預防死鎖和銀行家算法有更深刻的認識。（二）實驗內(nèi)容1、設(shè)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括可利用資源向量（Availiable）,最大需求矩陣（Max）,分配矩陣

13、（Allocation）,需求矩陣（Need）2、設(shè)計安全性算法設(shè)置工作向量Work 表示系統(tǒng)可提供進程繼續(xù)運行可利用資源數(shù)目，F(xiàn)inish 表示系統(tǒng)是否有足夠的資源分配給進程（三）實驗環(huán)境1、pc2、vc+（四）、程序源代碼：/*子函數(shù)聲明*/int Isprocessallover(); /判斷系統(tǒng)中的進程是否全部運行完畢void Systemstatus(); /顯示當前系統(tǒng)中的資源及進程情況int Banker(int ,int *); /銀行家算法void Allow(int ,int *); /若進程申請不導致死鎖，用此函數(shù)分配資源void Forbidenseason(int )

14、; /若發(fā)生死鎖，則顯示原因/*全局變量*/int Availiable3=3,3,2; /初始狀態(tài)，系統(tǒng)可用資源量int Max53=7,5,3,3,2,2,9,0,2,2,2,2,4,3,3;/各進程對各資源的最大需求量int Allocation53=0,1,0,2,0,0,3,0,2,2,1,1,0,0,2;/初始狀態(tài)，各進程占有資源量int Need53=7,4,3,1,2,2,6,0,0,0,1,1,4,3,1;/初始狀態(tài)時，各進程運行完畢，還需要的資源量int over5=0,0,0,0,0; /標記對應進程是否得到所有資源并運行完畢#include /*主函數(shù)*/void ma

15、in()int process=0; /發(fā)出請求的進程int decide=0; /銀行家算法的返回值int Request3=0,0,0; /申請的資源量數(shù)組int sourcenum=0; /申請的各資源量/*判斷系統(tǒng)中進程是否全部運行完畢*/step1: if(Isprocessallover()=1)coutreturn;/*顯示系統(tǒng)當前狀態(tài)*/Systemstatus();/*人機交互界面*/step2: coutcinprocess;if(process=0)coutreturn;if(processcoutgoto step2;coutfor(int h=0;hcoutcinso

16、urcenum;Requesth=sourcenum;/*用銀行家算法判斷是否能夠進行分配*/decide=Banker(process,Request);if (decide=0)/*將此進程申請資源分配給它*/Allow(process,Request);goto step1;else/*不能分配，顯示原因*/Forbidenseason(decide);goto step2;/*子函數(shù)Isprocessallover( )的實現(xiàn)*/int Isprocessallover()int processnum=0;for(int i=0;i/*判斷每個進程是否運行完畢*/if(overi=1)

17、processnum+;if(processnum=5)/*系統(tǒng)中全部進程運行完畢*/return 1;elsereturn 0;/*子函數(shù)Systemstatus( )的實現(xiàn)*/void Systemstatus()coutfor(int i=0;iif(overi!=1)coutcoutcoutcoutfor(int a=0;acoutcoutcoutfor(int b=0;bif(overb=1)continue;coutfor(int c=0;ccoutcoutcoutAvailiablej)/*返回拒絕分配原因*/return 1;/*判斷該進程申請資源量是否大于初始時其申明的需求量

18、*/for(int i=0;iif(*(R+i)Needp-1i)/*返回拒絕原因*/return 2;/*為檢查分配的各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)賦初值*/for(int t=0;tAvailiableTestt=Availiablet;for(int u=0;ufor(int v=0;vAllocationTestuv=Allocationuv;for(int w=0;wfor(int x=0;xNeedTestwx=Needwx;/*進行試分配*/for(int k=0;k/修改NeedTestAvailiableTestk-=*(R+k);AllocationTestp-1k+=*(R+k);NeedT

19、estp-1k-=*(R+k);/*檢測進程申請得到滿足后，系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)*/ for(int l=0;lworkl=AvailiableTestl;for(int m=1;mfor(int n=0;nnum=0;/*尋找用此刻系統(tǒng)中沒有運行完的進程*/if(Finishn=0&overn!=1)for(int p=0;pif(NeedTestnpnum+;if(num=3)for(int q=0;qworkq=workq+AllocationTestnq;Finishn=1;for(int r=0;rif(Finishr=0&overr!=1)/*返回拒絕分配原因*/return 3;

20、return 0;/*子函數(shù)Allow(int ,int &)的實現(xiàn)*/void Allow(int p,int *R)coutstatic int overnum;/*對進程所需的資源進行分配*/for(int t=0;tAvailiablet=Availiablet-*(R+t);Allocationp-1t=Allocationp-1t+*(R+t);Needp-1t=Needp-1t-*(R+t);/*分配后判斷其是否運行完畢*/overnum=0;for(int v=0;vif(Needp-1v=0)overnum+;if(overnum=3)/*此進程運行完畢，釋放其占有的全部資源

21、*/for(int q=0;qAvailiableq=Availiableq+Allocationp-1q;/*標記該進程運行完畢*/overp-1=1;cout/*子函數(shù)Forbidenseason(int )的實現(xiàn)*/void Forbidenseason(int d)coutswitch (d)case 1:coutcase 2:coutcase 3:cout實驗三、頁式地址重定位模擬一、實驗目的：1、用高級語言編寫和調(diào)試模擬實現(xiàn)頁式地址重定位。2、加深理解頁式地址重定位技術(shù)在多道程序設(shè)計中的作用和意義。二、實驗原理：當進程在CPU上運行時，如指令中涉及邏輯地址時，操作系統(tǒng)自動根據(jù)頁長得

22、到頁號和頁內(nèi)偏移，把頁內(nèi)偏移拷貝到物理地址寄存器，再根據(jù)頁號，查頁表，得到該頁在內(nèi)存中的塊號，把塊號左移頁長的位數(shù)，寫到物理地址寄存器。三、實驗內(nèi)容：1、設(shè)計頁表結(jié)構(gòu)2、設(shè)計地址重定位算法3、有良好的人機對話界面四、程序源代碼：#define pagesize 1024#define pagetablelength 64/*系統(tǒng)頁表*/const int pagetablepagetablelength=0,42,29,15,45,31,44,43,41,28,1,30,12,24,6,32,14,27,13,46,7,33,10,22,40,2,51,11,39,23,49,50,26,16

23、,25,4,47,17,3,48,52,36,58,35,57,34,21,63,5,37,18,8,62,56,20,54,60,19,38,9,61,55,59,53;#include#includevoid main()int logicaladdress=0;int pagenum=0;int w=0;coutfor(int i=0;icoutif(i%8=7)coutcoutcinlogicaladdress;pagenum=logicaladdress/pagesize; /求頁號w=logicaladdress%pagesize; /求頁內(nèi)偏移地址if(pagenumpageta

24、blelength) /判斷是否躍界coutreturn;cout二、程序調(diào)試：調(diào)試數(shù)據(jù)一：系統(tǒng)頁號對應塊號情況（頁號塊號）：0- 0 1-42 2-29 3-15 4-45 5-31 6-44 7-438-41 9-28 10- 1 11-30 12-12 13-24 14- 6 15-3216-14 17-27 18-13 19-46 20- 7 21-33 22-10 23-2224-40 25- 2 26-51 27-11 28-39 29-23 30-49 31-5032-26 33-16 34-25 35- 4 36-47 37-17 38- 3 39-4840-52 41-36

25、42-58 43-35 44-57 45-34 46-21 47-6348- 5 49-37 50-18 51- 8 52-62 53-56 54-20 55-5456-60 57-19 58-38 59- 9 60-61 61-55 62-59 63-53請輸入邏輯地址（十進制）：2500對應的物理地址為（十進制）：30148Press any key to continue調(diào)試數(shù)據(jù)二：系統(tǒng)頁號對應塊號情況（頁號塊號）：0- 0 1-42 2-29 3-15 4-45 5-31 6-44 7-438-41 9-28 10- 1 11-30 12-12 13-24 14- 6 15-3216-

26、14 17-27 18-13 19-46 20- 7 21-33 22-10 23-2224-40 25- 2 26-51 27-11 28-39 29-23 30-49 31-5032-26 33-16 34-25 35- 4 36-47 37-17 38- 3 39-4840-52 41-36 42-58 43-35 44-57 45-34 46-21 47-6348- 5 49-37 50-18 51- 8 52-62 53-56 54-20 55-5456-60 57-19 58-38 59- 9 60-61 61-55 62-59 63-53請輸入邏輯地址（十進制）：765497本次

27、訪問的地址已超出進程的地址空間，系統(tǒng)將產(chǎn)生越界中斷！Press any key to continue實驗四、FIFO算法模擬一、實驗目的一個作業(yè)有多個進程，處理機只分配固定的主存頁面供該作業(yè)執(zhí)行。往往頁面數(shù)小于進程數(shù)，當請求調(diào)頁程序調(diào)進一個頁面時，可能碰到主存中并沒有空閑塊的情況，此時就產(chǎn)生了在主存中淘汰哪個頁面的情況。本實驗要求模擬FIFO算法二、實驗原理此算法的實質(zhì)是，總是選擇在主存中居留最長時間的頁面淘汰。理由是：最早調(diào)入主存的頁，其不再被訪問的可能性最大。三、實驗環(huán)境1、pc2、vc+四、程序源代碼：#define MAXSIZE 20#include void main()int

28、label=0; /標記此頁是否已經(jīng)裝入內(nèi)存int input=0; /用于輸入作業(yè)號int worknum=0; /記錄作業(yè)個數(shù)int storesize=0; /系統(tǒng)分配的存儲塊數(shù)int interrupt=0; /中斷次數(shù)int quenceMAXSIZE; /隊列，F(xiàn)IFO算法的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)int workstepMAXSIZE; /用于記錄作業(yè)走向/*初始化*/for(int i=0;iquencei=0;workstepi=0;coutcinstoresize;coutfor(int j=0;jcoutcininput;workstepj=input;if(input=0)cout

29、break;worknum+;if(workstep0=0)coutreturn;coutfor(int k=0;klabel=0;/*看隊列中是否有相等的頁號或空位置*/for(int l=0;l/*是否有相等的頁號*/if(quencel=workstepk)coutlabel=1; /標記此頁面已裝入內(nèi)存break;/*是否有空位置*/if(quencel=0)quencel=workstepk;coutinterrupt+;label=1;break;/*上述情況都不成立則調(diào)出對首，將調(diào)入頁面插入對尾*/if(label=0)coutinterrupt+;for(int m=0;mqu

30、encem=quencem+1;quencestoresize-1=workstepk;cout二、程序調(diào)試：調(diào)試一：請輸入存儲區(qū)塊數(shù)：3請輸入作業(yè)走向（輸入0結(jié)束）：頁面號1：4頁面號2：3頁面號3：2頁面號4：1頁面號5：4頁面號6：3頁面號7：5頁面號8：4頁面號9：3頁面號10：2頁面號11：1頁面號12：5頁面號13：0輸入結(jié)束！置換情況如下：發(fā)生中斷,但內(nèi)存中有空閑區(qū)，4號頁面直接調(diào)入！發(fā)生中斷,但內(nèi)存中有空閑區(qū)，3號頁面直接調(diào)入！發(fā)生中斷,但內(nèi)存中有空閑區(qū)，2號頁面直接調(diào)入！發(fā)生中斷，將4號頁面調(diào)出，1號裝入！發(fā)生中斷，將3號頁面調(diào)出，4號裝入！發(fā)生中斷，將2號頁面調(diào)出，3號裝入

31、！發(fā)生中斷，將1號頁面調(diào)出，5號裝入！內(nèi)存中有4號頁面，無須中斷！內(nèi)存中有3號頁面，無須中斷！發(fā)生中斷，將4號頁面調(diào)出，2號裝入！發(fā)生中斷，將3號頁面調(diào)出，1號裝入！內(nèi)存中有5號頁面，無須中斷！作業(yè)12個，中斷9次，缺頁率：75%Press any key to continue調(diào)試二：請輸入存儲區(qū)塊數(shù)：4請輸入作業(yè)走向（輸入0結(jié)束）：頁面號1：4頁面號2：3頁面號3：2頁面號4：1頁面號5：4頁面號6：3頁面號7：5頁面號8：4頁面號9：3頁面號10：2頁面號11：1頁面號12：5頁面號13：0輸入結(jié)束！置換情況如下：發(fā)生中斷,但內(nèi)存中有空閑區(qū)，4號頁面直接調(diào)入！發(fā)生中斷,但內(nèi)存中有空閑區(qū)，

32、3號頁面直接調(diào)入！發(fā)生中斷,但內(nèi)存中有空閑區(qū)，2號頁面直接調(diào)入！發(fā)生中斷,但內(nèi)存中有空閑區(qū)，1號頁面直接調(diào)入！內(nèi)存中有4號頁面，無須中斷！內(nèi)存中有3號頁面，無須中斷！發(fā)生中斷，將4號頁面調(diào)出，5號裝入！發(fā)生中斷，將3號頁面調(diào)出，4號裝入！發(fā)生中斷，將2號頁面調(diào)出，3號裝入！發(fā)生中斷，將1號頁面調(diào)出，2號裝入！發(fā)生中斷，將5號頁面調(diào)出，1號裝入！發(fā)生中斷，將4號頁面調(diào)出，5號裝入！作業(yè)12個，中斷10次，缺頁率：83.3333% Press any key to continue實驗五、LRU算法模擬一、實驗目的和要求用高級語言模擬頁面置換算法LRU，加深對LRU算法的認識。二、實驗原理其基本原

33、理為：如果某一個頁面被訪問了，它很可能還要被訪問；相反，如果它長時間不被訪問，再最近未來是不大可能被訪問的。三、實驗環(huán)境1、pc2、vc+四、程序源代碼：#define MAXSIZE 20#include void main()int input=0; /用于輸入作業(yè)號int worknum=0; /輸入的作業(yè)個數(shù)int storesize=0; /系統(tǒng)分配的存儲區(qū)塊數(shù)int interrupt=0; /缺頁中斷次數(shù)int stackMAXSIZE; /棧，LRU算法的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)int workstepMAXSIZE; /記錄作業(yè)走向/*初始化*/for(int i=0;istacki=0;workstepi=0;coutcinstoresize;coutfor(int j=0;jcoutcininput;workstepj=input;if(input=0)coutbreak;wo