太原理工大小操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一幾種操作系統(tǒng)的界面實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵竽康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生熟悉1—2種操作系統(tǒng)的界面，在熟練使用機(jī)器的根底上，能了解各種操作命令和系統(tǒng)調(diào)用在系統(tǒng)中的大致工作過程。也就是通過操作系統(tǒng)的外部特征，逐步深入到操作系統(tǒng)的內(nèi)部實(shí)質(zhì)內(nèi)容中去。要求能熟練的在1—2種操作系統(tǒng)的環(huán)境下工作，學(xué)會(huì)使用各種命令，熟悉系統(tǒng)提供的各種功能，主動(dòng)而有效地使用計(jì)算機(jī)。熟悉系統(tǒng)實(shí)用程序的調(diào)用方法和各種系統(tǒng)調(diào)用模塊的功能和作用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理在某種操作系統(tǒng)的環(huán)境下建立、修改、運(yùn)行、打印源程序和結(jié)果，最后撤消一個(gè)完整的程序。提示：可按下述步驟進(jìn)行編寫一個(gè)完整的源程序，通過編輯命令送入機(jī)器，建立源程序文件；編譯該源文件，建立相應(yīng)的目標(biāo)文件；編譯有錯(cuò)時(shí)，再用編輯命令修改源文件，消除全部詞法和語法錯(cuò)誤；連接目標(biāo)文件，形成可執(zhí)行文件；執(zhí)行該文件，得到結(jié)果；打印輸出源程序和運(yùn)行結(jié)果；撤消本次實(shí)驗(yàn)中形成的所有文件。主要儀器設(shè)備筆記本電腦，Linux操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟安裝虛擬機(jī)軟件并在虛擬機(jī)上安裝Linux;1確保Linux已裝好gcc，可用$gcc–v命令查看；2熟悉以下常用Linux命令：ls，cd，cp，mv，rm，chmod，chown，df，ps，kill，cat，vi3在主目錄〔~〕創(chuàng)立lab01xxxx.c文件，xxxx為本人學(xué)號(hào)后4位；4按下頁內(nèi)容編輯上述文件；保存、退出vi;#include<stdio.h>#include<errno.h>#include<semaphore.h>#include<fcntl.h>#defineSEM_NAME"mysem"#defineOPEN_FLAGO_RDWR|O_CREAT#defineOPEN_MODE00777#defineINIT_V0staticsem_t*sem=NULL;staticvoidmysem(char*str){inti=0;while('\0'!=str[i]){printf("%c\n",str[i++]);sleep(1);}}intmain(void){pid_tpid=-1;intret=-1;intstatus=-1;//創(chuàng)立一個(gè)命名信號(hào)量sem=sem_open(SEM_NAME,OPEN_FLAG,OPEN_MODE,INIT_V);//創(chuàng)立子進(jìn)程pid=fork();if(-1==(ret=pid)){perror("forkfailed:");goto_OUT;}if(0==pid){mysem("abcd");//V操作sem_post(sem);}if(0<pid){//P操作sem_wait(sem);mysem("1234");//等待子進(jìn)程結(jié)束wait(&status);//刪掉在系統(tǒng)創(chuàng)立的信號(hào)量sem_unlink(SEM_NAME);//徹底銷毀翻開的信號(hào)量sem_close(sem);}_OUT:returnret;}實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析六、討論、心得通過這次實(shí)驗(yàn)，我熟悉了LINUX系統(tǒng)的使用方法，要編譯程序，首先要通過vi命令創(chuàng)立一個(gè)文件，而在進(jìn)入文件后，也分為文本輸入模式與命令模式，編譯時(shí)要分清這兩種模式。實(shí)驗(yàn)二進(jìn)程調(diào)度程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵竽康倪M(jìn)程是操作系統(tǒng)最重要的概念之一，進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)的主要內(nèi)容，本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生獨(dú)立地用高級(jí)語言編寫一個(gè)進(jìn)程調(diào)度程序，調(diào)度算法可任意選擇或自行設(shè)計(jì)，本實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生加深對(duì)進(jìn)程調(diào)度和各種調(diào)度算法的理解。要求設(shè)計(jì)一個(gè)有幾個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程調(diào)度程序，每個(gè)進(jìn)程由一個(gè)進(jìn)程控制塊(PCB)表示，進(jìn)程控制塊通常應(yīng)包括下述信息：進(jìn)程名，進(jìn)程優(yōu)先數(shù)，進(jìn)程需要運(yùn)行的時(shí)間，占用CPU的時(shí)間以及進(jìn)程的狀態(tài)等，且可按照調(diào)度算法的不同而增刪。調(diào)度程序應(yīng)包含2—3種不同的調(diào)度算法，運(yùn)行時(shí)可以任選一種，以利于各種方法的分析和比擬。系統(tǒng)應(yīng)能顯示或打印各進(jìn)程狀態(tài)和參數(shù)的變化情況，便于觀察。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理題目本程序可選用優(yōu)先數(shù)法或簡單輪轉(zhuǎn)法對(duì)五個(gè)進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。每個(gè)進(jìn)程處于運(yùn)行R(run)、就緒W(wait)和完成F(finish)三種狀態(tài)之一，并假定起始狀態(tài)都是就緒狀態(tài)W。為了便于處理，程序中進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間以時(shí)間片為單位計(jì)算。各進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)或輪轉(zhuǎn)時(shí)間片數(shù)、以及進(jìn)程需要運(yùn)行的時(shí)間片數(shù)，均由偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)如表2-1所示：表2-1PCB進(jìn)程標(biāo)識(shí)符鏈指針優(yōu)先數(shù)/輪轉(zhuǎn)時(shí)間片數(shù)占用CPU時(shí)間片數(shù)進(jìn)程所需時(shí)間片數(shù)進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程控制塊鏈結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：RUNHEADTAIL1┇1┇R3┇W5┇WW0┇2…圖2-1進(jìn)程控制塊鏈結(jié)構(gòu)其中：RUN—當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程指針；HEAD—進(jìn)程就緒鏈鏈?zhǔn)字羔?；TAIL—進(jìn)程就緒鏈鏈尾指針。2.算法與框圖程序框圖如圖2-2所示。prioritypriority是輸入調(diào)度算法alog開始alog=priority/roundrobin?生成并按優(yōu)先數(shù)大小排列進(jìn)程控制塊鏈進(jìn)程時(shí)間片數(shù)為0？從鏈?zhǔn)兹∫粋€(gè)進(jìn)程投入運(yùn)行生成并按進(jìn)入次序排列進(jìn)程控制塊鏈鏈?zhǔn)走M(jìn)程投入運(yùn)行時(shí)間片到，進(jìn)程時(shí)間片數(shù)減1，優(yōu)先數(shù)減3運(yùn)行進(jìn)程退出，排到進(jìn)程鏈尾部撤消該進(jìn)程鏈?zhǔn)走M(jìn)程投入運(yùn)行時(shí)間片到，進(jìn)程時(shí)間片數(shù)減1，占用CPU時(shí)間加1優(yōu)先數(shù)大于鏈?zhǔn)走M(jìn)程?進(jìn)程時(shí)間片數(shù)為0？撤消該進(jìn)程運(yùn)行進(jìn)程退出，按優(yōu)先數(shù)插入進(jìn)程鏈從鏈?zhǔn)兹∫粋€(gè)進(jìn)程投入運(yùn)行結(jié)束結(jié)束進(jìn)程隊(duì)列空?進(jìn)程隊(duì)列空?是是是否否否否否是roundrobin占用處理機(jī)時(shí)間片到?否是圖2-2進(jìn)程調(diào)度框圖(1)優(yōu)先數(shù)法。進(jìn)程就緒鏈按優(yōu)先數(shù)大小從大到小排列，鏈?zhǔn)走M(jìn)程首先投入運(yùn)行。每過一個(gè)時(shí)間片，運(yùn)行進(jìn)程所需運(yùn)行的時(shí)間片數(shù)減1，說明它已運(yùn)行了一個(gè)時(shí)間片，優(yōu)先數(shù)也減3。理由是該進(jìn)程如果在一個(gè)時(shí)間片中完成不了，優(yōu)先級(jí)應(yīng)降低一級(jí)。接著比擬現(xiàn)行進(jìn)程和就緒鏈鏈?zhǔn)走M(jìn)程的優(yōu)先數(shù)，如果仍是現(xiàn)行進(jìn)程高或者相同，就讓現(xiàn)行進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，否那么，調(diào)度就緒鏈鏈?zhǔn)走M(jìn)程投入運(yùn)行。原運(yùn)行進(jìn)程再按其優(yōu)先數(shù)大小插入就緒鏈，且改變它們對(duì)應(yīng)的進(jìn)程狀態(tài)，直至所有進(jìn)程都運(yùn)行完各自的時(shí)間片數(shù)。(2)簡單輪轉(zhuǎn)法。進(jìn)程就緒鏈按各進(jìn)程進(jìn)入的先后次序排列，鏈?zhǔn)走M(jìn)程首先投入運(yùn)行。進(jìn)程每次占用處理機(jī)的輪轉(zhuǎn)時(shí)間按其重要程度登入進(jìn)程控制塊中的輪轉(zhuǎn)時(shí)間片數(shù)記錄項(xiàng)〔相應(yīng)于優(yōu)先數(shù)法的優(yōu)先數(shù)記錄項(xiàng)位置〕。每過一個(gè)時(shí)間片，運(yùn)行進(jìn)程占用處理機(jī)的時(shí)間片數(shù)加1，然后比擬占用處理機(jī)的時(shí)間片數(shù)是否與該進(jìn)程的輪轉(zhuǎn)時(shí)間片數(shù)相等，假設(shè)相等說明已到達(dá)輪轉(zhuǎn)時(shí)間，應(yīng)將現(xiàn)運(yùn)行進(jìn)程排到就緒鏈末尾，調(diào)度鏈?zhǔn)走M(jìn)程占用處理機(jī)，且改變它們的進(jìn)程狀態(tài)，直至所有進(jìn)程完成各自的時(shí)間片。主要儀器設(shè)備筆記本電腦四實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#definefurthest5structprocess/*PCBSTRUCTURE*/{intid;intpriority;intcputime;intalltime;charstate;intnext;}prochain[furthest-1];intprocnum;intrand();intalgo;intrun,head,tail,j;main()/*MAINPROGRAM*/{agan:printf(“typethealgorithmis(1:RR,2:PRIO):〞);scanf(“%d〞,&algo);if(algo==2){printf(“outputofpriority.\n〞);init();prisch();}else{if(algo==1){printf(“outputofroundrobin.\n〞);init();timesch();}else{printf(“tryagain,please\n〞);gotoagan;}}for(j=1;j<=40;j++){printf(“=〞);}printf(“\n\n〞);for(j=1;j<=40;j++){printf(“=〞);}printf(“\n\n〞);printf(“systemfinished\n);}print()/*PRINTTHERUNNINGPROCESS,WAITINGQUEUEANDPCBSEQUENCELIST*/{intk,p;for(k=1;k<=40;k++)printf(“=〞);printf(“\nrunningproc.〞);printf(“waitingqueue.〞);printf(“\n%d〞,prochain[run].id);p=head;while(p!=0){printf(“%5d〞,p);p=prochain[p].next;}printf(“\n〞);for(k=1;k<=40;k++)printf(“=〞);printf(“\n〞);printf(“id“);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].id);printf(“\n〞);printf(“priority〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].priority);printf(“\n〞);printf(“cputime〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].cputime);printf(“\n〞);printf(“alltime〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].alltime);printf(“\n〞);printf(“state〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5c〞,prochain[k].state);printf(“\n〞);printf(“next〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].next);printf(“\n〞);}insert(intq)/*INSERTAPROCESS*/{intp,s;p=head;s=prochain[head].nextwhile((prochain[q].priority<prochain[s].priority)&&(s!=0)){p=s;s=prochain[s].next;}prochain[p].next=q;prochain[q].next=s;}insert2()/*PUTAPROCESSONTOTHETAILOFTHEQUEUE*/{prochain[tail].next=run;tail=run;prochain[run].next=0;}init()/*CREATEAWAITINGQUEUE*/{inti;head=0;if(alog==2){for(i=1;i<furthest+1;i++){prochain[i].id=i;prochain[i].priority=(rand()+11)%41;prochain[i].cputime=0;prochain[i].alltime=(rand()+1)%7;prochain[i].state=’W’;prochain[i].next=0;if(prochain[i].priority<prochain[head].priority)&&(head!=0))insert(prochain[i].id);else{prochain[i].next=head;head=prochain[i].id;}}}else{for(i=1;i<furthest+1;i++){prochain[i].id=i;prochain[i].priority=(rand()+1)%3+1;prochain[i].cputime=0;prochain[i].alltime=(rand()+1)%7;prochain[i].state=’W’;prochain[i].next=(i+1)%(furthest+1);}head=1;tail=furthest;prochain[furthest].next=0;}run=head;prochain[run].state=’R’;head=prochain[head].next;prochain[run].next=0;print();}prisch()/*THEPROCESSWITHPRIOALGORITHM*/{while(run!=0){prochain[run].cputime+=1;prochain[run].priority-=3;prochain[run].alltime-=1;if(prochain[run].alltime==0){prochain[run].state=’F’;prochain[run].next=0;if(head!=0){run=head;prochain[run].state=’R’;head=prochain[head].next;}else{prochain[0].id=prochain[run].id;run=0;}}else{if((prochain[run].priority<prochain[head].priority)&&(head!=0)){prochain[run].state=’W’;insert(run);run=head;prochain[run].state=’R’;head=prochain[head].next;}}print();}}timesch()/*THEPROCESSWITHRRALRORITHM*/{ while(run!=0){prochain[run].alltime-=1;prochain[run].cputime+=1;if(prochain[run].alltime==0){prochain[run].state=’F’;prochain[run].next=0;if(head!=0){run=head;prochain[run].state=’R’;head=prochain[head].next;}else{prochain[0].id=prochain[run].id;run=0;}}else{if((prochain[run].cputime==prochain[run].priority)&&(head!=0)){prochain[run].state=’W’;prochain[run].cputime=0;insert2();run=head;prochain[run].state=’R’;head=prochain[head].next;}}print();}}實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析六、討論、心得此實(shí)驗(yàn)輸入代碼較長，編輯文件輸入代碼出錯(cuò)時(shí)，刪除打錯(cuò)的代碼時(shí)要記得先返回命令模式才能刪除。實(shí)驗(yàn)三存儲(chǔ)管理程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵竽康拇鎯?chǔ)管理的主要功能之一是合理地分配主存空間。請(qǐng)求頁式管理是一種常用的虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)的目的是通過請(qǐng)求頁式存儲(chǔ)管理中頁面置換算法的模擬設(shè)計(jì)，來了解虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的特點(diǎn)，掌握請(qǐng)求頁式存儲(chǔ)管理的頁面置換算法。要求模擬頁式虛擬存儲(chǔ)管理中硬件的地址轉(zhuǎn)換和缺頁中斷的處理過程，并用先進(jìn)先出調(diào)度算法〔FIFO〕處理缺頁中斷。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理為了裝入一個(gè)頁面而必須調(diào)出一頁時(shí)，如果被選中調(diào)出的頁面在執(zhí)行中沒有修改正，那么不必把該頁重新寫到磁盤上〔因磁盤上已有副本〕。因此，在頁表中可以增加是否修改正的標(biāo)志，當(dāng)執(zhí)行“存〞指令、“寫〞指令時(shí)把對(duì)應(yīng)頁的修改標(biāo)志置成“1〞，表示該頁修改正，否那么為“0〞，表示該頁未修改正。頁表格式如表3-1所示。表3-1頁表格式頁號(hào)標(biāo)志主存塊號(hào)修改標(biāo)志磁盤上的位置設(shè)計(jì)一個(gè)地址轉(zhuǎn)換程序來模擬硬件的地址轉(zhuǎn)換和缺頁中斷處理過程。當(dāng)訪問的頁在主存時(shí)那么形成絕對(duì)地址，但不去模擬指令的執(zhí)行，可用輸出轉(zhuǎn)換后的絕對(duì)地址來表示一條指令已完成。當(dāng)訪問的頁不在主存時(shí)那么輸出“*該頁頁號(hào)〞來表示硬件產(chǎn)生了一次缺頁中斷。模擬地址轉(zhuǎn)換的程序流程如圖3-1所示。編制一個(gè)FIFO頁面調(diào)度程序。FIFO頁面調(diào)度算法總是先調(diào)出作業(yè)中最先進(jìn)入主存的那一頁，因此，可以用一個(gè)數(shù)組來構(gòu)成頁號(hào)隊(duì)列。數(shù)組中每個(gè)元素是該作業(yè)已在主存的頁面號(hào)，假定分配給作業(yè)的主存塊數(shù)為m，且該作業(yè)開始的m頁已裝入主存，那么數(shù)組可由m個(gè)元素組成：P[0]，P[1]，…，P[m-1]它們的初值為P[0]∶=0，P[1]∶=1，…，P[m-1]∶=m-1用一指針k指示當(dāng)要裝入新頁時(shí)應(yīng)調(diào)出的頁在數(shù)組的位置，k的初值為“0〞。jj∶=P[k]j頁的修改標(biāo)志=1?輸出“OUTj〞P[k]∶=Lk∶=(k+1)modm修改頁表輸出“INL〞取一條指令開始頁標(biāo)志=1?輸出絕對(duì)地址取一條指令輸出“﹡頁號(hào)〞取指令中訪問的頁號(hào)＝＞L查頁表形成絕對(duì)地址置L頁修改標(biāo)志〞1〞結(jié)束是〞存〞指令?有后繼指令?否(產(chǎn)生缺頁中斷)是否否否是是模擬硬件地址轉(zhuǎn)換模擬FIFO頁面調(diào)度是圖3-1地址轉(zhuǎn)換和FIFO頁面調(diào)度流程當(dāng)產(chǎn)生缺頁中斷后，操作系統(tǒng)總是選擇P[k]所指出的頁面調(diào)出，然后執(zhí)行P[k]∶=要裝入的新頁頁號(hào)k∶=〔k+1〕modm在實(shí)驗(yàn)中不必實(shí)際地啟動(dòng)磁盤執(zhí)行調(diào)出一頁和裝入一頁的工作，而用輸出“OUT調(diào)出的頁號(hào)〞和“IN要裝入的新頁頁號(hào)〞來模擬一次調(diào)出和裝入的過程。模擬程序的流程見圖3-1。假定主存的每塊長度為1024個(gè)字節(jié)，現(xiàn)有一個(gè)共7頁的作業(yè)，其副本已在磁盤上。系統(tǒng)為該作業(yè)分配了4塊主存塊，且該作業(yè)的第0頁至第3頁已經(jīng)裝入主存，其余3頁尚未裝入主存，該作業(yè)的頁表見表3-2所示。表3-2作業(yè)的頁表頁號(hào)標(biāo)志主存塊號(hào)修改標(biāo)志在磁盤上的位置0150011118001221900133110021400022500023600121如果該作業(yè)依次執(zhí)行的指令序列如表3-3所示。表3-3作業(yè)依次執(zhí)行的指令序列操作頁號(hào)頁內(nèi)地址操作頁號(hào)頁內(nèi)地址+0070移位4053+1050+5023×2015存1037存3021取2078取0056+4001-6040存6084依次執(zhí)行上述的指令序列來調(diào)試你所設(shè)計(jì)的程序〔僅模擬指令的執(zhí)行，不必考慮指令序列中具體操作的執(zhí)行〕為了檢查程序的正確性，可自行確定假設(shè)干組指令序列，運(yùn)行設(shè)計(jì)的程序，核對(duì)執(zhí)行結(jié)果。主要儀器設(shè)備筆記本電腦實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#definefurthest5structprocess/*PCBSTRUCTURE*/{intid;intpriority;intcputime;intalltime;charstate;intnext;}prochain[furthest-1];intprocnum;intrand();intalgo;intrun,head,tail,j;main()/*MAINPROGRAM*/{agan:printf(“typethealgorithmis(1:RR,2:PRIO):〞);scanf(“%d〞,&algo);if(algo==2){printf(“outputofpriority.\n〞);init();prisch();}else{if(algo==1){printf(“outputofroundrobin.\n〞);init();timesch();}else{printf(“tryagain,please\n〞);gotoagan;}}for(j=1;j<=40;j++){printf(“=〞);}printf(“\n\n〞);for(j=1;j<=40;j++){printf(“=〞);}printf(“\n\n〞);printf(“systemfinished\n);}print()/*PRINTTHERUNNINGPROCESS,WAITINGQUEUEANDPCBSEQUENCELIST*/{intk,p;for(k=1;k<=40;k++)printf(“=〞);printf(“\nrunningproc.〞);printf(“waitingqueue.〞);printf(“\n%d〞,prochain[run].id);p=head;while(p!=0){printf(“%5d〞,p);p=prochain[p].next;}printf(“\n〞);for(k=1;k<=40;k++)printf(“=〞);printf(“\n〞);printf(“id“);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].id);printf(“\n〞);printf(“priority〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].priority);printf(“\n〞);printf(“cputime〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].cputime);printf(“\n〞);printf(“alltime〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].alltime);printf(“\n〞);printf(“state〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5c〞,prochain[k].state);printf(“\n〞);printf(“next〞);for(k=1;k<furthest+1;k++)printf(“%5d〞,prochain[k].next);printf(“\n〞);}insert(intq)/*INSERTAPROCESS*/{intp,s;p=head;s=prochain[head].nextwhile((prochain[q].priority<prochain[s].priority)&&(s!=0)){p=s;s=prochain[s].next;}prochain[p].next=q;prochain[q].next=s;}insert2()/*PUTAPROCESSONTOTHETAILOFTHEQUEUE*/{prochain[tail].next=run;tail=run;prochain[run].next=0;}init()/*CREATEAWAITINGQUEUE*/{inti;head=0;if(alog==2){for(i=1;i<furthest+1;i++){prochain[i].id=i;prochain[i].priority=(rand()+11)%41;prochain[i].cputime=0;prochain[i].alltime=(rand()+1)%7;prochain[i].state=’W’;prochain[i].next=0;if(prochain[i].priority<prochain[head].priority)&&(head!=0))insert(prochain[i].id);else{prochain[i].next=head;head=prochain[i].id;}}}else{for(i=1;i<furthest+1;i++){prochain[i].id=i;prochain[i].priority=(rand()+1)%3+1;prochain[i].cputime=0;prochain[i].alltime=(rand()+1)%7;prochain[i].state=’W’;prochain[i].next=(i+1)%(fu