操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)1~9

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書班級：0904202姓名：國東野學(xué)號：0904202序言計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)課程，是計(jì)算機(jī)科學(xué)及其相關(guān)技術(shù)的重要部分，學(xué)好操作系統(tǒng)的原理并會應(yīng)用其中學(xué)習(xí)的原理與方法可以是學(xué)習(xí)者大大提高各類軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量與水平，也可以懂得如何提高系統(tǒng)效率一起資源的利用率。為了培養(yǎng)學(xué)生的時(shí)間動(dòng)手能力，幫助學(xué)習(xí)很體會與驗(yàn)證學(xué)習(xí)的知識，特設(shè)計(jì)此實(shí)驗(yàn)體系。實(shí)驗(yàn)共計(jì)需要30與學(xué)時(shí)，課程規(guī)模限制，集中安排16學(xué)時(shí)，其余需求學(xué)生可以課下完成，或者在教師的指導(dǎo)下有選擇地完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：提供各個(gè)實(shí)驗(yàn)程序的流程圖，并填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中；實(shí)驗(yàn)報(bào)告附上運(yùn)行結(jié)果圖的截圖；對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，寫出自己的分析結(jié)果；實(shí)驗(yàn)的源代碼需要打包交到班級刻盤保存；個(gè)人文件的命名以個(gè)人的姓名+學(xué)號命名；班級的以班級編號命名。需要程序可視性要好，要有試驗(yàn)程序證明作品的正確性。所有的實(shí)驗(yàn)報(bào)告采用A4打印，字體字號采用模版規(guī)定。源程序要加注釋，要有測試數(shù)據(jù)及結(jié)果。每個(gè)實(shí)驗(yàn)的報(bào)告要另起一頁。實(shí)驗(yàn)一進(jìn)程同步和互斥一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆张R界資源、臨界區(qū)概念及并發(fā)進(jìn)程互斥、同步訪問原理。學(xué)會使用高級語言進(jìn)行多線程編程的方法。掌握利用VC++或Java語言線程庫實(shí)現(xiàn)線程的互斥、條件競爭，并編碼實(shí)現(xiàn)P、V操作，利用P、V操作實(shí)現(xiàn)兩個(gè)并發(fā)線程對有界臨界區(qū)的同步訪問。通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可在源代碼級完成進(jìn)程同步互斥方案的分析、功能設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)，控制進(jìn)程間的同步、互斥關(guān)系。二、 實(shí)驗(yàn)要求知識基礎(chǔ)：學(xué)生應(yīng)在完成進(jìn)程和線程及調(diào)度等章節(jié)的學(xué)習(xí)后進(jìn)行。開發(fā)環(huán)境與工具：硬件平臺一一個(gè)人計(jì)算機(jī)。軟件平臺-Windows操作系統(tǒng)，vc++語言或Java語言開發(fā)環(huán)境。運(yùn)用高級語言VC++或Java語言線程庫及多線程編程技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)臨界資源、臨界區(qū)、進(jìn)程或線程的定義與創(chuàng)建。利用兩個(gè)并發(fā)運(yùn)行的進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)互斥算法和有界緩沖區(qū)同步算法。四、 實(shí)驗(yàn)方案指導(dǎo)該實(shí)驗(yàn)方案由以下幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)項(xiàng)目組成：并發(fā)訪問出錯(cuò)即設(shè)計(jì)一個(gè)共享資源，創(chuàng)建兩個(gè)并發(fā)線程，二者并發(fā)訪問該共享資源。當(dāng)沒有采用同步算法設(shè)計(jì)時(shí)，線程所要完成的某些操作會丟失?；コ怄i并發(fā)線程使用線程庫提供的互斥鎖，對共享資源進(jìn)行訪問。3.軟件方法設(shè)計(jì)并編程實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)信號量、P操作函數(shù)、V操作函數(shù)，并發(fā)線程通過調(diào)用P，V操作函數(shù)實(shí)現(xiàn)線程的互斥。同步訪問多緩沖區(qū)利用上面的軟件方法完成P，V操作可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線程對多緩沖區(qū)的同步訪問。五、 實(shí)驗(yàn)方案實(shí)現(xiàn)范例以下是對該項(xiàng)目中包含的部分設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)方法、實(shí)現(xiàn)過程、技術(shù)手段的描述，供參考。模擬線程并發(fā)運(yùn)行。假設(shè)我們使用POSIX線程庫，而POSIX并沒有真正提供線程間的并發(fā)運(yùn)行需求。我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)支持符合RR調(diào)度策略的并發(fā)線程，每個(gè)線程運(yùn)行一段時(shí)間后自動(dòng)掛起，另一個(gè)線程開始運(yùn)行。這樣一個(gè)進(jìn)程內(nèi)所有線程以不確定的速度并發(fā)執(zhí)行。模擬一個(gè)競爭條件——全局變量。創(chuàng)建兩個(gè)線程tl和t2,父線程主函數(shù)main()定義兩個(gè)全局變量accntl和accnt2，每個(gè)變量表示一個(gè)銀行賬戶，初始化為0。每個(gè)線程模擬一個(gè)銀行事務(wù)：將一定數(shù)額的資金從一個(gè)賬戶轉(zhuǎn)到另一個(gè)賬戶。每個(gè)線程讀入一個(gè)隨機(jī)值，代表資金數(shù)額，在一個(gè)賬戶上做減法，在另一個(gè)賬戶上做加法，用兩個(gè)變量記錄兩個(gè)賬戶的收支情況。良性情況下收支應(yīng)平衡，即兩個(gè)全局變量之和應(yīng)為0。下面是每個(gè)線程的代碼：counter=0;do{tmp1=accnt1;tmp2=accnt2;r=random();accnt1=tmp1+r;accnt2=tmp2-r;counter++;}while(accnt1+accnt2==0);printf(”％d”,counter);===============================兩個(gè)線程運(yùn)行的代碼相同，只要各自代碼不被交叉執(zhí)行，兩個(gè)收支余額之和就應(yīng)一直為0，如果線程被交叉執(zhí)行，某個(gè)線程可能會讀入一個(gè)舊的accntl值和一個(gè)新的accnt2值，或者相反，這樣會導(dǎo)致某個(gè)值的丟失。當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)，線程停止運(yùn)行，并把出現(xiàn)情況的位置Counter的值)打印出來。模擬一個(gè)競爭條件——共享文件。主線程創(chuàng)建兩個(gè)共享文件fl和f2,每個(gè)文件包含一個(gè)當(dāng)前銀行賬戶。線程使用隨機(jī)數(shù)對文件進(jìn)行讀/寫，方式同上。注意：文件在讀/寫過程中不要加互斥訪問鎖，避免出現(xiàn)不會出現(xiàn)交叉訪問的情況。測試出現(xiàn)一個(gè)競爭條件的時(shí)間。我們的編程環(huán)境中，一般無法支持線程的RR調(diào)度，必須編程實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線程間在兩個(gè)賦值語句之間插入以下代碼：在指定區(qū)間(比如0到1)生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，小于一個(gè)極限值(如0.1)，調(diào)用線程自動(dòng)掛起函數(shù)jield()，自動(dòng)放棄CPU，另一運(yùn)行，于是導(dǎo)致一個(gè)數(shù)據(jù)更新的丟失。互斥鎖。POSIX線程庫提供一個(gè)二值信號量，稱為MUTEX，它可以加鎖或解鎖。如果已被另一個(gè)線程加上鎖的MUTEX加鎖，就會引發(fā)該線程被阻塞，MUTEX解鎖時(shí)喚醒它。使用這些原語，很容易實(shí)現(xiàn)互斥進(jìn)入CS(臨界區(qū))。進(jìn)入CS區(qū)時(shí)加鎖，離開CS區(qū)時(shí)解鎖。系統(tǒng)負(fù)責(zé)阻塞或喚醒線程。用軟件方法實(shí)現(xiàn)互斥訪問臨界區(qū)。用標(biāo)準(zhǔn)編程語言設(shè)置變量的值，用線程“忙等待”實(shí)現(xiàn)互斥訪問CS。設(shè)計(jì)兩線程部分代碼如下：intcl=0,c2=0,will_wait;p1: while(l){cl=l;will_wait=l;while(c2&&(will_wait==1)); /*忙等待*/csl;cl=0;programl;}p2: while(l){c2=1;will_wait=2;while(cl&&(will_wait==2);/*忙等待*/cs2;c2=0;program2;}===============================該軟件方法使用三個(gè)變量cl,c2,will_wait，解決兩個(gè)線程的同步問題。兩個(gè)線程分別將c1和c2設(shè)置為1，表示自己試圖進(jìn)入臨界區(qū)，并將will_wait分別設(shè)置為1和2，以消除任何競爭條件。通過“忙等待”循環(huán)實(shí)現(xiàn)線程的阻塞。當(dāng)線程退出CS區(qū)時(shí)，分別將變量c1和c2設(shè)置為0。我們可以比較互斥鎖和軟件方法這兩種解決方法的效率。可以通過重復(fù)相同的循環(huán)次數(shù)，測量各自的執(zhí)行時(shí)間，盡量減少可能的外部干擾，重復(fù)測試幾次，并計(jì)算平均值。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)二進(jìn)程及其資源管理一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫赓Y源共享與互斥特性以及操作系統(tǒng)管理資源的基本方法。學(xué)會使用高級語言進(jìn)行多線程編程的方法。掌握利用VC++或Java線程庫實(shí)現(xiàn)一個(gè)管理器，用來實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)對進(jìn)程及其資源的管理功能。通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可在源代碼級完成進(jìn)程及其資源管理方案的分析、功能設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)，控制進(jìn)程間的同步、互斥關(guān)系。二、 實(shí)驗(yàn)要求知識基礎(chǔ)：學(xué)生應(yīng)在完成對進(jìn)程和線程、調(diào)度、死鎖等章節(jié)的學(xué)習(xí)后進(jìn)行。開發(fā)環(huán)境與工具：硬件平臺——個(gè)人計(jì)算機(jī)。軟件平臺——Windows操作系統(tǒng)，根據(jù)需要，任選安裝VC++語言、java語言或C語言開發(fā)環(huán)境。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開發(fā)一個(gè)函數(shù)，建立進(jìn)程控制塊和資源控制塊結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化。開發(fā)一系列操作，由進(jìn)程調(diào)用這些操作，達(dá)到控制進(jìn)程申請或釋放各種資源的目的。四、 實(shí)驗(yàn)方案指導(dǎo)該實(shí)驗(yàn)方案由以下幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)項(xiàng)目組成：進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。進(jìn)程對資源的操作。調(diào)度程序。用戶功能shell界面。五、 實(shí)驗(yàn)方案實(shí)現(xiàn)范例以下是對該項(xiàng)目中包含的設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)方法、實(shí)現(xiàn)過程、技術(shù)手段的描述，供參考。進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。使用結(jié)構(gòu)類型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程PCB表，它包含以下成員：進(jìn)程ID——進(jìn)程的唯一標(biāo)識，供其他進(jìn)程引用該進(jìn)程；

內(nèi)存——是一個(gè)指針鏈表，它在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)已申請完畢，可用鏈表實(shí)現(xiàn)；其他資源——指除去內(nèi)存之外的所有資源；進(jìn)程狀態(tài)——包括兩個(gè)數(shù)據(jù)類型，一個(gè)是狀態(tài)碼，另一個(gè)是狀態(tài)隊(duì)列鏈表指針；生成樹——包括兩個(gè)數(shù)據(jù)類型，本進(jìn)程的父進(jìn)程和本進(jìn)程的子進(jìn)程；優(yōu)先級——供進(jìn)程調(diào)度程序使用，用來確定下一個(gè)運(yùn)行進(jìn)程，可以設(shè)定為靜態(tài)整數(shù)。資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)資源都用一個(gè)稱為資源控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。使用結(jié)構(gòu)類型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)資源控制塊RCB。資源控制塊包括以下字段成員：RID-資源的唯一標(biāo)識，由進(jìn)程引用；資源狀態(tài)一一空閑/已分配；等待隊(duì)列——是被本資源阻塞的進(jìn)程鏈表，本資源正被其他所有資源都設(shè)定為靜態(tài)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)初始化。進(jìn)程管理及進(jìn)程對資源的操作。進(jìn)程操作及進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換歸納如下：進(jìn)程創(chuàng)建——(無)一就緒；申請資源一一運(yùn)行…阻塞；資源釋放一一阻塞…就緒；刪除進(jìn)程一一(任何狀態(tài))一(無)；調(diào)度程序 就緒^運(yùn)行或運(yùn)行f就緒。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用高級語言設(shè)計(jì)相應(yīng)函數(shù)，分別實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建進(jìn)程、刪除進(jìn)程、掛起進(jìn)程、喚醒進(jìn)程等功能。設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度程序，在每個(gè)進(jìn)程操作執(zhí)行完畢后，自動(dòng)調(diào)用執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)資源操作：申請資源和釋放資源。相關(guān)參考算法如下：request(RID) /*申請資源算法*/{r=get_RCB(RID); /*獲取資源控制塊首地址*/if(r->status==,free,)( /*資源可用*/r->status='allocated'; /*分配給調(diào)用進(jìn)程，*/insert(self->other_resources,r);}/*插入一個(gè)RCB指針指向進(jìn)程資源鏈表；*/else{表；*/else{self->status.type='blocked';self->status.list=r;. remove(RL,self);insert(r->waiting_list,self);}scheduler();程*/release(RID)/*資源不可用*//*記錄阻塞*//*指向所請求資源的RCB*//*將進(jìn)程從就緒隊(duì)列中刪除*//*插入資源等待隊(duì)列*//*調(diào)度程序運(yùn)行選擇下一個(gè)運(yùn)行進(jìn)/*釋放資源算法*/{r=get_RCB(RID); /*獲取資源控制塊首地址*/remove(self->other_resource,r); /*從進(jìn)程資源鏈表中刪除該資源*/if(waiting_list==NULL)r->status=，free，；/*等待隊(duì)列為空，置資源狀態(tài)為空閑*/else{remove(r->waiting_list,q);q->status.type='ready';q->status.list=RL;else{remove(r->waiting_list,q);q->status.type='ready';q->status.list=RL;insert(RL,q);}scheduler();/*從等待隊(duì)列中移出一個(gè)進(jìn)程q*//*將進(jìn)程q的狀態(tài)設(shè)為就緒*//*進(jìn)程q的狀態(tài)指針指向就緒隊(duì)列*//*進(jìn)程q插入就緒隊(duì)列*//*調(diào)度程序運(yùn)行選擇下一個(gè)運(yùn)行進(jìn)程*/調(diào)度程序。調(diào)度策略采用固定優(yōu)先級和可剝奪優(yōu)先級調(diào)度算法。即調(diào)度程序必須維護(hù)n個(gè)不同優(yōu)先級的就緒隊(duì)列，各就緒隊(duì)列可為空，也可包含多個(gè)進(jìn)程。0級進(jìn)程優(yōu)先級最低，n-l級進(jìn)程優(yōu)先級最高。創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)就賦予了固定的優(yōu)先級，并在進(jìn)程的生存期內(nèi)保持不變。當(dāng)新進(jìn)程創(chuàng)建或阻塞進(jìn)程被喚醒時(shí)，它就被插入同級的就緒隊(duì)列中。調(diào)度程序按“先來先服務(wù)”和優(yōu)先級“從高到低”的方式處理就緒隊(duì)列。即從最高優(yōu)先級的非空就緒隊(duì)列的隊(duì)首選擇一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。這樣的調(diào)度策略很容易導(dǎo)致"饑餓"，進(jìn)程出現(xiàn)。因?yàn)閷M(jìn)程q來說，只有當(dāng)優(yōu)先級高于自己的所有進(jìn)程都運(yùn)行完畢，或都進(jìn)入阻塞狀態(tài)時(shí)，它才能得到運(yùn)行權(quán)。為了簡化調(diào)度程序，我們假定系統(tǒng)中至少有一個(gè)進(jìn)程處于就緒態(tài)。為確保這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)特殊進(jìn)程init，該進(jìn)程在系統(tǒng)初始化時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建，并賦予最低優(yōu)先級0級。init進(jìn)程有兩個(gè)作用：充當(dāng)閑逛進(jìn)程，該進(jìn)程運(yùn)行時(shí)不申請任何資源，以免被阻塞；作為第一個(gè)被創(chuàng)建的進(jìn)程，它沒有父進(jìn)程，可創(chuàng)建比自己優(yōu)先級高的其他進(jìn)程。所以init進(jìn)程是進(jìn)程生成樹的根進(jìn)程。采用優(yōu)先級策略的調(diào)度程序的常見結(jié)構(gòu)知下所示：scheduler(){找出最高優(yōu)先級進(jìn)程p；If(self->priority<p->priority)||self->status.type!='running'||self=nil)preempt(p,self);/*調(diào)度進(jìn)程p，替換當(dāng)前進(jìn)程self*/每當(dāng)任一進(jìn)程的操作執(zhí)行完畢，必須執(zhí)行進(jìn)程調(diào)度程序，它是當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的一部分。進(jìn)程調(diào)用該函數(shù)，后者決定該進(jìn)程是繼續(xù)執(zhí)行還是被其他進(jìn)程剝奪運(yùn)行權(quán)。作出判斷的依據(jù)是：是否存在高優(yōu)先級進(jìn)程p，如果存在，p將剝奪self的運(yùn)行權(quán)。當(dāng)前進(jìn)程的運(yùn)行權(quán)被剝奪的情況有以下兩種：當(dāng)前進(jìn)程剛剛完成release(操作，由此被喚醒進(jìn)程的優(yōu)先級可能高于當(dāng)前進(jìn)程。當(dāng)前進(jìn)程剛剛完成create()操作，新創(chuàng)建進(jìn)程的優(yōu)先級可能高于當(dāng)前進(jìn)程。在以下兩種情況下，新挑選的進(jìn)程必須剝奪當(dāng)前進(jìn)程的運(yùn)行權(quán)：①當(dāng)前進(jìn)程剛剛完成reques()操作，并且申請的資源timeout則當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)就改為“阻塞”；或者由于分時(shí)運(yùn)行進(jìn)程的需要，調(diào)度程序被一個(gè)timeout操作調(diào)用運(yùn)行。在timeout操作中當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)改為“就緒”。在上述情況中，當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)都不是“運(yùn)行”。所以當(dāng)前進(jìn)程必須停止運(yùn)行，此時(shí)就緒隊(duì)列中最高優(yōu)先級的進(jìn)程p得到執(zhí)行。②當(dāng)進(jìn)程剛剛完成destroy操作，進(jìn)程自己刪除自身，它的PCB表不再存在。此時(shí)調(diào)度程序被執(zhí)行，從就緒隊(duì)列中選出最高優(yōu)先級的進(jìn)程p，并令其執(zhí)行。剝奪操作包括以下工作：將選中的最高優(yōu)先級進(jìn)程p的狀態(tài)改為“運(yùn)行"。如果當(dāng)前進(jìn)程依然存在且沒有阻塞，則將其狀態(tài)改為“就緒”，以便隨后能得到執(zhí)行。最后，進(jìn)行上下文切換，保留當(dāng)前CPU的各個(gè)寄存器值，放入PCB表。裝入中選進(jìn)程p的寄存器值。本實(shí)現(xiàn)方案沒有對實(shí)際的CPU進(jìn)行訪問來保存或恢復(fù)寄存器的值，因此上下文切換的任務(wù)只是將正在運(yùn)行進(jìn)程的名字顯示在終端屏幕上。從這一點(diǎn)可以認(rèn)為，用戶終端屏幕開始扮演當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程功能的角色。5.用戶shell界面。為RCB試和演示管理器的CPU能，本方案設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)shell界面，它可以重復(fù)接受終端輸入的命令，喚醒管理器執(zhí)行相應(yīng)的功能，并在屏幕上顯示結(jié)果。使用上述系統(tǒng)，終端就能展示當(dāng)前進(jìn)程。只要輸入一個(gè)命令，就中斷當(dāng)前進(jìn)程序的執(zhí)行，shell界面調(diào)用進(jìn)程資源管理器中的函數(shù)F，并傳遞終端輸入的參數(shù)。該函數(shù)執(zhí)行后將改變PCB、RCB及其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的信息。當(dāng)調(diào)度程序執(zhí)行時(shí)，決定下一個(gè)要運(yùn)行的進(jìn)程，并改變其狀態(tài)值。保存當(dāng)前進(jìn)程的CPU各寄存器值（虛擬CPU），然后恢復(fù)中選進(jìn)程的值。調(diào)度程序?qū)⑾到y(tǒng)狀態(tài)信息顯示在屏幕上，提示下一步操作。特別地，它始終提示正在運(yùn)行的進(jìn)程是什么，即終端和鍵盤正在為哪個(gè)進(jìn)程服務(wù)。另外，函數(shù)F也可能返回一個(gè)錯(cuò)誤碼，shell也將它顯示在屏幕上。shell命令的語法格式規(guī)定如下：命令名參數(shù)例如，執(zhí)行命令行“crA1”時(shí)將調(diào)用對應(yīng)的管理器函數(shù)create（A，1），即創(chuàng)建一個(gè)名為A、優(yōu)先級為1的進(jìn)程。同理，命令“rqR”將調(diào)用函數(shù)request（R）執(zhí)行。以下顯示說明shell界面的交互內(nèi)容（假定進(jìn)程A的優(yōu)先級為1，并且正在運(yùn)行）。由“"開始的行視為shell的輸崮結(jié)果。提示符“>”后面是提示用戶輸入的命令。processAisrunningcrB2processBisrunningcrC1processBisrunningreqR1processBisblocked;processAisrunning進(jìn)程及資源管理器的升級版?？蓪ι鲜龌拘瓦M(jìn)程功能資源管理器進(jìn)行功能擴(kuò)展，使管理器能夠處理時(shí)鐘到時(shí)中斷和I/O處理完成中斷。（1）相對時(shí)鐘到時(shí)中斷。假設(shè)系統(tǒng)提供一個(gè)硬件時(shí)鐘。周期性產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘到時(shí)中斷。引發(fā)調(diào)用函數(shù)timeout()的執(zhí)行。110處理完成中斷。使用名為IO的資源表示所有的I/O設(shè)備。該資源的RCB由以下兩部分組成：IOWaiting_list擴(kuò)展shell。顯示當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程，并添加一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用request_100。終端也能表示硬件，用戶能夠模擬兩種類型的中斷：時(shí)鐘到時(shí)、I/O完成處理。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，必須添加新的shell命令，調(diào)用以下三個(gè)系統(tǒng)調(diào)用：request_IO()，IO_competion，timeout。。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)三存儲管理一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諆?nèi)存管理的基本功能和分區(qū)法內(nèi)存分配的基本原理。學(xué)會Linux(或者windows)操作系統(tǒng)下使用c語言函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行編程的方法。利用c語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分區(qū)法內(nèi)存分配算法。驗(yàn)證無虛存的存儲管理機(jī)制。二、 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進(jìn)程和線程、調(diào)度、存儲管理。安裝Linux操作系統(tǒng)(無條件時(shí)可以用其他操作系統(tǒng)平臺)，使用c語言編程，調(diào)用相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)建空閑存儲管理表和模擬內(nèi)存。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)內(nèi)存分配程序，分配策略可以分別采用最先適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法和最壞適應(yīng)算法等，并評價(jià)不同分配算法的優(yōu)劣。提供一個(gè)用戶界面，利用它用戶可輸入不同的分配策略。進(jìn)程向內(nèi)存管理程序發(fā)出申請、釋放指定數(shù)量的內(nèi)存請求，內(nèi)存管理程序調(diào)用對應(yīng)函數(shù)，響應(yīng)請求。四、 實(shí)驗(yàn)方案指導(dǎo)該實(shí)驗(yàn)方案由以下幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)項(xiàng)目組成。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)空閑分區(qū)表。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模擬內(nèi)存。 考慮實(shí)現(xiàn)的便利，本方案不訪問真正的內(nèi)存。定義一個(gè)字符數(shù)組charmm[mem_size]或使用Linux系統(tǒng)調(diào)用mm=malloc(mem_size)，用來模擬內(nèi)存。利用指針對模擬內(nèi)存進(jìn)行訪問。設(shè)計(jì)一組管理物理內(nèi)存空間的函數(shù)。用戶接口由以下三個(gè)函數(shù)組成：void*mm_request(intn)申請n個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間。如申請成功，則返回所分配空間的首地址；如不能滿足申請，則返回空值。voidmm_release(void*p)釋放先前申請的內(nèi)存。如果釋放的內(nèi)存與空閑區(qū)相鄰，則合并為一個(gè)大空閑區(qū)；如果與空閑區(qū)不相鄰，則成為一個(gè)單獨(dú)的空閑區(qū)。void*mm_init(intmem_size)內(nèi)存初始化。返回mm指針指向的空閑區(qū)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同策略的內(nèi)存分配程序。對于采用不同分配策略的內(nèi)存管理程序，從以下兩個(gè)方面進(jìn)行調(diào)度程序性能的比對：內(nèi)存利用率以及找到一個(gè)合適的分配空間所需查找的步驟。設(shè)置一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)。分別構(gòu)建一個(gè)隨機(jī)生成的請求與釋放隊(duì)列。釋放隊(duì)列中的操作總是得到滿足，隊(duì)列總為空；請求隊(duì)列的操作能否被滿足，取決于空閑區(qū)

能否滿足申請的空間大小。若不能滿足，則該操作在隊(duì)列中等待相應(yīng)釋放操作喚醒。請求隊(duì)列采用FIFO管理，以避免饑餓現(xiàn)象的發(fā)生。內(nèi)存管理程序應(yīng)對內(nèi)存初始化，隨機(jī)設(shè)定內(nèi)存空間的占有、空閑情況，隨機(jī)設(shè)定申請和釋放的操作隊(duì)列。調(diào)用釋放操作開始運(yùn)行，調(diào)用申請操作，如能滿足，則分配空間，否則等待釋放操作喚醒。下面給出一個(gè)模擬內(nèi)存管理的程序框架（偽碼形式）。可對性能數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行 統(tǒng) 計(jì)。for(i=0;i<sim_step;i++){do{*/for(i=0;i<sim_step;i++){do{*/getsizenofnextrequest;mm_request(n);}while(requestsuccessful);recordmemoryutilization;selectblockptoberelease;release(p);}/*設(shè)定模擬程序執(zhí)行次數(shù)*//*循環(huán)調(diào)用請求操作，直到請求不成功/*設(shè)定請求空間大小*//*調(diào)用請求操作*//*請求成功，循環(huán)繼續(xù)*//*統(tǒng)計(jì)內(nèi)存使用率*//*釋放某空間p*//*調(diào)用釋放操作*/以上程序由主循環(huán)控制固定次數(shù)的模擬步驟。每次循環(huán)，程序完成如下處理步驟：內(nèi)循環(huán)盡可能多地滿足內(nèi)存請求，請求內(nèi)存大小值隨機(jī)生成。一旦請求失敗，掛起內(nèi)存管理程序，直至釋放操作被執(zhí)行。此時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)存利用率的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，隨機(jī)挑選一個(gè)內(nèi)存分配空間完成釋放操作。本次主循環(huán)執(zhí)行完畢，開始下一次循環(huán)。需要在程序中完成以下設(shè)計(jì)：確定請求分配空間大小，統(tǒng)計(jì)性能數(shù)據(jù)，選擇一個(gè)內(nèi)存區(qū)釋放。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)四頁面置換算法一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諆?nèi)存管理基本功能和請求分頁式管理的基本原理以及頁面置換算法。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下使用C函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用的編程方法。掌握利用C語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同置換策略的頁面置換算法。驗(yàn)證虛存存儲管理機(jī)制及其性能。對于生成的引用串，計(jì)算、比對不同頁面置換算法的缺頁率。二、 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進(jìn)程和線程、調(diào)度、存儲管理。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言編程，利用相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)建空閑存儲管理表、模擬內(nèi)存、頁表等。提供一個(gè)用戶界面，用戶利用它可輸入不同的頁面置換策略和其他附加參數(shù)。運(yùn)行置換程序，輸出缺頁率結(jié)果。四、 實(shí)驗(yàn)方案指導(dǎo)熟悉頁面置換算法及其實(shí)現(xiàn)，了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能評價(jià)方法，編制頁面置換算法的模擬程序。方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)提示如下。假定系統(tǒng)有固定數(shù)目的內(nèi)存塊F，物理塊號依次為0?F-l。進(jìn)程的大小為P頁，其邏輯頁號依次為0?P-l。隨機(jī)生成一個(gè)引用串RS，即從0?P-l組成的整數(shù)序列。定義一個(gè)整型數(shù)組intM[F]表示所有物理塊，如果M[i]=n，表示邏輯頁n存放在物理塊i中。生成引用串。用隨機(jī)數(shù)方法產(chǎn)生頁面走向，頁面走向長度為L。根據(jù)頁面走向，分別采用FIFO和LRU算法進(jìn)行頁面置換，設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)缺頁率。假定可用內(nèi)存塊和頁表長度（進(jìn)程的頁面數(shù)）分別為m和k。初始時(shí)，進(jìn)程的頁面都不在內(nèi)存。參考其他設(shè)計(jì)項(xiàng)目，將不同置換算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)為函數(shù)，能在界面上方便調(diào)用執(zhí)行。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)五進(jìn)程調(diào)度一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆者M(jìn)程調(diào)度程序的功能和調(diào)度程序采用的調(diào)度算法。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下使用C函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用的編程方法。掌握利用C語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同調(diào)度策略的進(jìn)程調(diào)度算法。驗(yàn)證不同進(jìn)程調(diào)度算法對性能的影響。二、 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進(jìn)程和線程、調(diào)度。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言編程，利用相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用完成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容定義、初始化進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其就緒隊(duì)列。提供一個(gè)用戶界面，用戶利用它可輸入不同的分配策略及相關(guān)參數(shù)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)調(diào)度程序，調(diào)用下面的功能函數(shù)。設(shè)計(jì)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)不同調(diào)度算法。四、 實(shí)驗(yàn)方案指導(dǎo)關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)容如下，供參考。用C語言的結(jié)構(gòu)類型及其鏈表，完成PCB表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并動(dòng)態(tài)生成一組進(jìn)程組成的就緒隊(duì)列鏈表。每個(gè)進(jìn)程都由PCB記錄運(yùn)行時(shí)間，優(yōu)先級、到達(dá)系統(tǒng)時(shí)間等數(shù)據(jù)。也可根據(jù)需要，自行添加不同調(diào)度算法需要的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同調(diào)度算法的函數(shù)，如先來先服務(wù)法、短作業(yè)優(yōu)先法、優(yōu)先級法等。設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)，計(jì)算出這組進(jìn)程的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。設(shè)計(jì)總控函數(shù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度程序。根據(jù)用戶界面的輸入，調(diào)用相應(yīng)的調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度，計(jì)算調(diào)度性能指標(biāo)。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)六銀行家算法一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫馑梨i概念、銀行家算法及安全性檢測算法。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下'使用C語言函數(shù)和指針進(jìn)行編程的方法。掌握利用C語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)銀行家算法的基本過程。驗(yàn)證銀行家算法對于避免死鎖的作用。二、 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進(jìn)程和線程的調(diào)度。死鎖。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言編程完成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容定義并初始化進(jìn)程及其資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。提供一個(gè)用戶界面，用戶利用它可動(dòng)態(tài)輸入進(jìn)程和資源種類等相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)安全狀態(tài)檢測和銀行家死鎖避免算法的功能函數(shù)。四、 實(shí)驗(yàn)方案指導(dǎo)以如下幾組初始數(shù)據(jù)為例，設(shè)計(jì)相應(yīng)程序，判斷下列狀態(tài)是否安全。1.3個(gè)進(jìn)程共享12個(gè)同類資源狀態(tài)a下：allocation=(1,4,5)，max=(4,4,8)。判斷系統(tǒng)是否安全。狀態(tài)b下：allocation=(1,4,6),max=(4,6,8)。判斷系統(tǒng)是否安全。5個(gè)進(jìn)程共享多類資源狀態(tài)c下：判斷系統(tǒng)是否安全？若安全，給出安全序列。若進(jìn)程2請求(0，4，2，0)，可否立即分配？分配矩陣 最大需求矩陣可用資源矩陣00120012152010001750135423560632065200140656實(shí)現(xiàn)方案的主要作是如何輸入，如何初始數(shù)據(jù)，如何調(diào)用對應(yīng)功能函數(shù)，如何輸出結(jié)果。下面給出一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案，供參考。開發(fā)一個(gè)交互程序，首先從文件中讀入系統(tǒng)描述信息，包括進(jìn)程的數(shù)目、資源的種類和數(shù)量、每個(gè)進(jìn)程的最大資源請求。程序自動(dòng)根據(jù)文件內(nèi)容創(chuàng)建一個(gè)當(dāng)前系統(tǒng)描述例如，每類資源的數(shù)目用…維數(shù)組R[m]描述，m為資源的種類。每個(gè)R[j]記錄資源Rj的數(shù)量。進(jìn)程的最大需求矩陣用P[n][m]表示，P[il[j]記錄進(jìn)程Pi對資源Rj的最人需求。分配矩陣和請求矩陣可使用二維數(shù)組表示。用戶輸入一個(gè)請求，格式類似：resquest(i,j,k),或release(i,j,k),在這里，i表示進(jìn)程Pi,j表示資源Rj，k是申請/釋放的數(shù)量。對每一個(gè)請求，系統(tǒng)回應(yīng)是滿足要求還是拒絕分配。設(shè)定一個(gè)申請和釋放序列，無任何檢測和避免死鎖的算法，分配會導(dǎo)致死

鎖。設(shè)定一個(gè)申請和釋放序列，按照安全性算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，回應(yīng)系統(tǒng)是否安全。然后實(shí)現(xiàn)銀行家算法，確保沒有死鎖的分配。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果成"C:\DOCUIENTSANDSETTINGS\B\桌面\11l\bank\Debug\ban二二二二二二二二二二二二二二二二二二二可統(tǒng)dpO希--3:2:4輸嘉_|_p■日J(rèn)V-;日J(rèn)V-;日MV...-1.&2.&3.&首源源源源源源二二二二二二二二二二二二二二二二現(xiàn)討3T隋撤入作業(yè)的數(shù)量=S請輸入各進(jìn)程的最大需求量《A3矩陣＞CMax]:41000000000000000000系統(tǒng)目前可用的資源CAualiable]:dpo324進(jìn)程名01Maxdpo41Allocation

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00進(jìn)程名01Maxdpo41Allocation

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00Needdpo41系統(tǒng)不安全二二二二二二二二二二二二二示嘟除改配加開123450結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)七磁盤調(diào)度算法一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫馕募x/寫基本原理和磁盤調(diào)度算法的作用。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下使用C語言函數(shù)和指針進(jìn)行編程的方法。利用C語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同磁盤調(diào)度算法，如FIFO,SSTF,SCAN等算法。驗(yàn)證不同磁盤調(diào)度算法對性能的影響。二、 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進(jìn)程和線程、調(diào)度、存儲管理、I/O管理。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言編程完成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)，其功能是動(dòng)態(tài)創(chuàng)建I/O請求隊(duì)列及其相關(guān)參數(shù)，如磁道號等。提供一個(gè)用戶界面，用戶可輸入不同的分配策略以相關(guān)參數(shù)。設(shè)計(jì)相應(yīng)程序計(jì)算平均移臂距離。四、 實(shí)驗(yàn)方案指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵內(nèi)容如下，供參考。實(shí)現(xiàn)電梯算法。實(shí)現(xiàn)FIFO,SSTF算法。寫一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，測試不同的算法。設(shè)置多次循環(huán)，每次循環(huán)中，驅(qū)動(dòng)程序隨機(jī)調(diào)用函數(shù)request(n)和release()。如果執(zhí)行request(n),系統(tǒng)會將n轉(zhuǎn)換成1?T之間的一個(gè)隨機(jī)值，T是磁盤的磁道數(shù)。對每種算法，計(jì)算平均移臂距離。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)八設(shè)備處理程序設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫庠O(shè)備處理程序的一般設(shè)計(jì)過程，加深對緩沖和中斷概念的理解。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下使用C語言編程與有關(guān)進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用方法。掌握利用C語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鍵盤緩沖區(qū)的讀/寫操作的方法。驗(yàn)證鍵盤緩沖區(qū)和中斷處理程序是否同步。二、 實(shí)驗(yàn)要求

學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進(jìn)程和線程、調(diào)度、存儲管理、I/O管理。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言和相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用，編程完成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主程序?qū)崿F(xiàn)鍵盤讀/寫、鍵盤中斷處理程序?？尚薷木彌_區(qū)數(shù)目，運(yùn)行此程序。四、 實(shí)驗(yàn)方案指導(dǎo)將主程序看成消費(fèi)者進(jìn)程，將中斷程序看成生產(chǎn)者進(jìn)程，兩者通過什么方法取得同步？其數(shù)據(jù)