操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2015 年 1 月 9 日 成績： 姓名沈XX夏XX江XX學(xué)號(hào)130558051305580713055816班級(jí)13052314專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)課程名稱操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任課老師趙偉華指導(dǎo)老師趙偉華實(shí)驗(yàn)序號(hào)1實(shí)驗(yàn)名稱進(jìn)程調(diào)度管理實(shí)驗(yàn)時(shí)間15年10月實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)1教南1樓一、題目說明（1）用C語言完成線程的創(chuàng)建和撤消，并按先來先服務(wù)方式對(duì)多個(gè)線程進(jìn)行調(diào)度。（2）將線程調(diào)度算法修改為時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法，實(shí)現(xiàn)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。（也可以結(jié)合優(yōu)先權(quán)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)加時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法的線程調(diào)度。）（3）改變時(shí)間片的大小，觀察結(jié)果的變化。思考：為什么時(shí)間片不能太小或太大。（4）假設(shè)兩個(gè)線程共

2、用同一軟件資源（如某一變量，或某一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），請(qǐng)用記錄型信號(hào)量來實(shí)現(xiàn)對(duì)它的互斥訪問。（5）假設(shè)有兩個(gè)線程共享一個(gè)可存放個(gè)整數(shù)的緩沖，其中一個(gè)線程不停地計(jì)算至的平方，并將結(jié)果放入緩沖中，另一個(gè)線程不斷地從緩沖中取出結(jié)果，并將它們打印出來，請(qǐng)用記錄型信號(hào)量實(shí)現(xiàn)這一生產(chǎn)者和消費(fèi)者的同步問題。（6）實(shí)現(xiàn)消息緩沖通信，并與4、5中的簡(jiǎn)單通信進(jìn)行比較。（7）思考：在線程間進(jìn)行消息緩沖通信時(shí)，若對(duì)消息隊(duì)列的訪問沒有滿足互斥要求，情況將會(huì)怎樣？二、設(shè)計(jì)方案（系統(tǒng)框架）該程序主要是分5大塊內(nèi)容：(1)線程的創(chuàng)建和撤銷，(2)線程的調(diào)度，(3)線程的同步與互斥，(4)線程的阻塞與喚醒，(5)利用消息緩沖隊(duì)列的線程

3、間的通信。由這五大塊功能來完成的基于DOS的多任務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)系統(tǒng)中，首先先由main函數(shù)進(jìn)行一些初始化工作，然后直接創(chuàng)建0#線程對(duì)應(yīng)于main函數(shù)，再由0#線程調(diào)用create創(chuàng)建1#，2#線程分別對(duì)應(yīng)與函數(shù)f1(),f2()，最后將系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序設(shè)置為new_int8，并把控制交給1#線程，啟動(dòng)多個(gè)線程的并發(fā)執(zhí)行。 0#線程是一個(gè)比較特殊的線程，它在創(chuàng)建的時(shí)候沒有使用create來創(chuàng)建，而是在系統(tǒng)初始化后直接創(chuàng)建的，因它對(duì)應(yīng)的程序段為main函數(shù)中的一段，所以也直接使用整個(gè)系統(tǒng)的堆棧，而不再創(chuàng)建時(shí)為私有堆棧分配額外的空間；同樣，撤銷的時(shí)也不需要釋放私有堆棧的空間，所以也沒有ove

4、r()函數(shù)而是直接撤銷，從這方面來看，它是一個(gè)系統(tǒng)線程。此外，在啟動(dòng)多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行過程后，0#線程將系統(tǒng)控制權(quán)轉(zhuǎn)交出去，直至系統(tǒng)中其他進(jìn)程都不具備執(zhí)行條件時(shí)，它才有可能重新得到CPU，從這方面看，0#線程相當(dāng)于是一個(gè)空轉(zhuǎn)線程，最后，0#線程還擔(dān)負(fù)著一個(gè)特別的使命：等待系統(tǒng)中所有其他的線程的完成，此時(shí)，它將直接撤銷自己并恢復(fù)原來的時(shí)鐘中斷服務(wù)程序，從此終止整個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)。三、程序流程圖四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（程序截圖）主界面先進(jìn)先出效果實(shí)現(xiàn)線程的并發(fā)執(zhí)行，可設(shè)置時(shí)間片大小 實(shí)現(xiàn)線程對(duì)同一資源的互斥訪問實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者和消費(fèi)者同步問題 實(shí)現(xiàn)消息緩沖通信 五、思考與探索（1） 為什么時(shí)間片不能太小或太大答：設(shè)置過

5、長的時(shí)間片會(huì)導(dǎo)致結(jié)果和進(jìn)程在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)完成任務(wù)，從而先進(jìn)先出算法的效果一樣，失去時(shí)間片的意，義。設(shè)置過短會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程切換頻繁，CPU的效率降低（2） 引起調(diào)度的原因有哪些？答：引起CPU調(diào)度的主要原因有：時(shí)間片到時(shí)、 線程執(zhí)行完畢或正在執(zhí)行的線程因等待某事件發(fā)生而不能繼續(xù)執(zhí)行。（3） 處理中斷時(shí)控制轉(zhuǎn)移情況 答：當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)首先將標(biāo)志寄存器Flags的值壓入堆棧，然后將裝有被中斷程序下一條指令地址的CS和IP寄存器的內(nèi)容也分別壓入堆棧，再從中斷向量中獲取中斷服務(wù)程序的入口地址并將它們裝入CS和IP寄存器，這樣，控制就從被中斷的程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序。中斷返回時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)從棧頂彈出返址1的偏

6、移、返址1的段址和Flags并送到IP、CS和Flags寄存器中，CPU就開始繼續(xù)從斷點(diǎn)處執(zhí)行被中斷程序。（4） 為什么創(chuàng)建的時(shí)候，線程的DS和ES都是一樣的答：因?yàn)榫€程共用進(jìn)程的數(shù)據(jù)段。（5） 函數(shù)調(diào)度時(shí)控制轉(zhuǎn)移情況答：在執(zhí)行函數(shù)調(diào)用指令時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地先將主調(diào)函數(shù)的下一條指令的地址（在CS:IP中）壓入堆棧，然后把被調(diào)函數(shù)的入口地址裝入CS和IP 寄存器（段內(nèi)函數(shù)調(diào)用只需壓入和裝配IP），控制就從主調(diào)函數(shù)轉(zhuǎn)向被調(diào)函數(shù)；當(dāng)執(zhí)行函數(shù)返回指令時(shí)，系統(tǒng)將當(dāng)前堆棧的棧頂?shù)膬蓚€(gè)字（主調(diào)函數(shù)下一條指令的地址）彈出并送到IP和CS中（段內(nèi)函數(shù)返回只需彈出一個(gè)字送到IP中），控制就從被調(diào)函數(shù)返回到主調(diào)函數(shù)。

7、（6） new_int8(void)函數(shù)的作用，以及怎樣讓它自動(dòng)地定期地運(yùn)行答：該函數(shù)要完成的主要工作包括：首先執(zhí)行老的時(shí)鐘中斷處理程序的功能；然后判斷當(dāng)前線程的時(shí)間片是否到了，如果到了，且DOS不忙，則保存當(dāng)前線程的運(yùn)行環(huán)境，重新選擇一個(gè)新的就緒線程，恢復(fù)其運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，使其在CPU上參加運(yùn)行。由于該函數(shù)必須是自動(dòng)地定期地運(yùn)行，所以我們通過截取時(shí)鐘中斷（int 08）來完成。在PC機(jī)上，有一個(gè)定時(shí)器，每當(dāng)它發(fā)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)時(shí)（一般情況下，它每秒發(fā)出18.2個(gè)信號(hào)，除非是對(duì)產(chǎn)生該中斷的定時(shí)器芯片重新編程），系統(tǒng)就進(jìn)入時(shí)鐘中斷處理程序（INT 8)來完成系統(tǒng)計(jì)時(shí)、調(diào)用INT 1CH、關(guān)閉磁盤馬達(dá)等工作

8、。 實(shí)驗(yàn)序號(hào)2實(shí)驗(yàn)名稱linux進(jìn)程管理實(shí)驗(yàn)時(shí)間15年12月實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)1教南1樓一、題目說明1.熟悉linux的命令接口。2.通過對(duì)linux進(jìn)程控制的相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用的編程應(yīng)用，進(jìn)一步加深對(duì)進(jìn)程概念的理解，明確進(jìn)程和程序的聯(lián)系和區(qū)別，理解進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的具體含義。3.通過Linux管道通信機(jī)制、消息隊(duì)列通信機(jī)制、共享內(nèi)存通信機(jī)制的使用，加深對(duì)不同類型的進(jìn)程通信方式的理解。4.通過對(duì)linux的Posix 信號(hào)量的應(yīng)用，加深對(duì)信號(hào)量同步機(jī)制的理解。二、設(shè)計(jì)方案（系統(tǒng)框架）1. Shell部分要求：編寫三個(gè)不同的程序 cmd1.c， cmd2.c， cmd3.c，每個(gè)程序輸出一句話，分別編譯成可執(zhí)行文件

9、 cmd1， cmd2， cmd3。然后再編寫一個(gè)程序，模擬 shell 程序的功能，能根據(jù)用戶輸入的字符串（表示相應(yīng)的命令名），去為相應(yīng)的命令創(chuàng)建子進(jìn)程并讓它去執(zhí)行相應(yīng)的程序，而父進(jìn)程則等待子進(jìn)程結(jié)束，然后再等待接收下一條命令。如果接收到的命令為 exit，則父進(jìn)程結(jié)束；如果接收到的命令是無效命令，則顯示“ Command not found”，繼續(xù)等待。新建三個(gè)不同的程序cmd1,cmd2,cmd3然后編譯成可執(zhí)行文件cmd1,cmd2,cmd3之后編寫程序my_shell.c 通過讀取shell命令調(diào)用在使用if else語句判斷識(shí)別并分別通過fork()創(chuàng)建子線程，子線程中采用exec

10、l(const char *path,const char *arg,);執(zhí)行先前編譯完成的可執(zhí)行文件。2. 由父進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)管道，然后再創(chuàng)建2個(gè)子進(jìn)程，并由這兩個(gè)兄弟進(jìn)程利用管道進(jìn)行進(jìn)程通信：子進(jìn)程1使用管道的寫端，子進(jìn)程2使用管道的讀端。通信的具體內(nèi)容可根據(jù)自己的需要隨意設(shè)計(jì)，要求能試驗(yàn)阻塞型讀寫過程中的各種情況。運(yùn)行程序，觀察各種情況下，進(jìn)程實(shí)際讀寫的字節(jié)數(shù)以及進(jìn)程阻塞喚醒的情況。3 編寫程序創(chuàng)建兩個(gè)線程：sender線程和receive線程，其中sender線程運(yùn)行函數(shù)sender()，它創(chuàng)建一個(gè)消息隊(duì)列，然后，循環(huán)等待用戶通過終端輸入一串字符，將這串字符通過消息隊(duì)列發(fā)送給receiv

11、er線程，直到用戶輸入“exit”為止；最后，它向receiver線程發(fā)送消息“end”，并且等待receiver的應(yīng)答，等到應(yīng)答消息后，將接收到的應(yīng)答信息顯示在終端屏幕上，刪除相關(guān)消息隊(duì)列，結(jié)束程序的運(yùn)行。Receiver線程運(yùn)行receive()，它通過消息隊(duì)列接收來自sender的消息，將消息顯示在終端屏幕上，直至收到內(nèi)容為“end”的消息為止，此時(shí)，它向sender發(fā)送一個(gè)應(yīng)答消息“over”，結(jié)束程序的運(yùn)行。使用無名信號(hào)量實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線程之間的同步與互斥。4編寫程序sender，它創(chuàng)建一個(gè)共享內(nèi)存，然后等待用戶通過終端輸入一串字符，并將這串字符通過共享內(nèi)存發(fā)送給receiver；最后，它

12、等待receiver的應(yīng)答，等到應(yīng)答消息后，將接收到的應(yīng)答信息顯示在終端屏幕上，刪除共享內(nèi)存，結(jié)束程序的運(yùn)行。編寫receiver程序，它通過共享內(nèi)存接收來自sender的消息，將消息顯示在終端屏幕上，然后再通過該共享內(nèi)存向sender發(fā)送一個(gè)應(yīng)答消息“over”，結(jié)束程序的運(yùn)行。使用無名信號(hào)量或System V信號(hào)量實(shí)現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程對(duì)共享內(nèi)存的互斥使用。三、程序流程圖shell無名管道通信發(fā)送者進(jìn)程（消息隊(duì)列通信）接收者進(jìn)程（消息隊(duì)列）主程序（消息隊(duì)列通信）共享內(nèi)存思路四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（程序截圖）消息隊(duì)列Shell命令五、思考與探索當(dāng)時(shí)卡殼的地方（1）我們?cè)谠O(shè)計(jì)程序時(shí)，最卡殼的地方在共享內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)通

13、信時(shí)，能不能用無名信號(hào)量，最后向老師求助才知道，用有名信號(hào)量。相對(duì)于無名信號(hào)量來說，有名信號(hào)量通過IPC名字進(jìn)行進(jìn)程間的同步，其特點(diǎn)是把信號(hào)量保存在文件中，這決定了其用途非常廣泛：既可用于線程，也可用于相關(guān)進(jìn)程和不相關(guān)進(jìn)程。（2）在父子進(jìn)程的通信里面，無名管道自帶阻塞功能，但他的互斥與同步需要我們自己去實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過多次查閱資料和測(cè)試，我們最后艱難地選擇了System V信號(hào)量，并自己寫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)PV操作（3）在通過消息隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)通信的程序中，我們遇到的問題是，程序莫明其妙的阻塞，但是加入print來測(cè)試則又可以正常運(yùn)行，后來才意識(shí)到，這就是進(jìn)程的異步性的體現(xiàn)哇。最后我們找到死鎖原因，并使用一個(gè)資

14、源信號(hào)量來解決sender 發(fā)送的over 信息被自己給接收的問題。（一開始我們還把這個(gè)資源信號(hào)量當(dāng)作了互斥信號(hào)量，在程序驗(yàn)收時(shí)老師告訴我們，只能有一個(gè)互斥信號(hào)量）實(shí)驗(yàn)序號(hào)3實(shí)驗(yàn)名稱文件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間16年1月實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)1教南1樓一、題目說明通過具體的文件存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)，加深對(duì)文件系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、功能以及實(shí)現(xiàn)過程的理解。二、設(shè)計(jì)方案（系統(tǒng)框架）(1)在內(nèi)存中開辟一個(gè)虛擬磁盤空間作為文件存儲(chǔ)分區(qū)，在其上實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的基于多級(jí)目錄的單用戶單任務(wù)系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)。在退出該文件系統(tǒng)的使用時(shí)，應(yīng)將該虛擬文件系統(tǒng)以一個(gè)Windows 文件的方式保存到磁盤上，以便下次

15、可以再將它恢復(fù)到內(nèi)存的虛擬磁盤空間中。(2)文件存儲(chǔ)空間的分配可采用顯式鏈接分配或其他的辦法。(3)空閑磁盤空間的管理可選擇位示圖或其他的辦法。如果采用位示圖來管理文件存儲(chǔ)空間，并采用顯式鏈接分配方式，那么可以將位示圖合并到FAT中。(4)文件目錄結(jié)構(gòu)采用多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)單起見，可以不使用索引結(jié)點(diǎn)，其中的每個(gè)目錄項(xiàng)應(yīng)包含文件名、物理地址、長度等信息，還可以通過目錄項(xiàng)實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的讀和寫的保護(hù)。(5)實(shí)現(xiàn)以下函數(shù)：my_format：對(duì)文件存儲(chǔ)器進(jìn)行格式化，即按照文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)虛擬磁盤空間進(jìn)行布局，并在其上創(chuàng)建根目錄以及用于管理文件存儲(chǔ)空間等的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。my_mkdir：用于創(chuàng)建子目錄。my

16、_rmdir：用于刪除子目錄。my_ls：用于顯示目錄中的內(nèi)容。my_cd：用于更改當(dāng)前目錄。my_create：用于創(chuàng)建文件。my_open：用于打開文件。my_close：用于關(guān)閉文件。my_write：用于寫文件。my_read：用于讀文件。my_rm：用于刪除文件。my_exitsys：用于退出文件系統(tǒng)。三、程序流程圖創(chuàng)建新目錄創(chuàng)建文件和目錄相似刪除目錄 讀文件初始化 主程序刪除文件打開文件四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（程序截圖）界面五、思考與探索文件系統(tǒng)的難點(diǎn)：文件系統(tǒng)是我們經(jīng)歷的最難的一個(gè)實(shí)驗(yàn)了。除了代碼量大，還有就是很難理解。下面是我們?cè)诤徒M員交流我們的代碼時(shí)，組員的問題和解答（可能有不準(zhǔn)確的地方）（1）.和.兩個(gè)特殊的目錄項(xiàng)，他們的first（文件起始盤塊號(hào)）指向哪里？答：在根目錄中，它們兩個(gè)都指向同一個(gè)盤塊，就是他自己。但其他文件中，“.”指向他自己的起始盤塊號(hào)，而“.”指向他父親的起始盤塊號(hào)（2）為什么在my_format()函數(shù)中，fat1 = (fat *)(myvhard + BLOCKSIZE);fat2 = (fat *)(my