操作系统课程设计.docx
《操作系统课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统课程设计.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
操作系统课程设计
实验
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总评
成绩
武汉大学珞珈学院
课程实验（设计）报告
专业（班）：
计算机科学与技术0901班
学号：
20091080605031
姓名：
陈金林
课程名称：
操作系统设计
2011年11月10日
实习一处理器调度
一、实习内容
选择一个调度算法，实现处理器调度。
二、实习目的
本实习模拟在单处理器环境下的处理器调度，加深了解处理器调度的工作。
三、实习题目
本实习有两题，可任选一题。
第一题：
设计一个按优先数调度算法实现处理器调度的程序。
[提示]：
（1）假定系统有5个进程，每个进程用一个PCB来代表。
PCB的结构为：
·进程名——如P1~P5。
·指针——按优先数的大小把5个进程连成队列，用指针指出下一个进程PCB的首地址。
·要求运行时间——假设进程需要运行的单位时间数。
·优先数——赋予进程的优先数，调度时总是选取优先数大的进程先执行。
·状态——假设两种状态：
就绪和结束，用R表示就绪，用E表示结束。
初始状态都为就绪状态。
（2）开始运行之前，为每个进程确定它的“优先数”和“要求运行时间”。
通过键盘输入这些参数。
（3）处理器总是选择队首进程运行。
采用动态改变优先数的办法，进程每运行1次，优先数减1，要求运行时间减1。
（4）进程运行一次后，若要求运行时间不等于0，则将它加入就绪队列，否则，将状态改为“结束”，退出就绪队列。
（5）若就绪队列为空，结束，否则转到（3）重复。
要求能接受键盘输入的进程优先数及要求运行时间，能显示每次进程调度的情况，如哪个进程在运行，哪些进程就绪，就绪进程的排列情况。
四.实验过程
1.实验算法分析：
优先数调度算法又称优先权调度算法，在进程调度中，优先数调度算法每次从就绪队列中选择优先数高的进程，将处理机分配给他，使之投入运行。
根据进程调度方式的不同，又可以将调地算法分为非强占式优先数调度算法和抢占式优先数调度算法。
2.本实验采用非抢占式优先数调度算法实现进程的调度，实现5个进程的调度情况，实现代码的分析，并验证过程。
3.实验的流程图如下图所示：
4.代码段分析：
structPCB//定义一个进程结点数据域，为每一个进程定义一个进程控制块
{
charname[3];//进程名
intrun_time;//运行时间
intlevel;//优先数
charstate;//运行状态
structPCB*next;//指向下一个结点的指针
};
structPCB*creat（）//创建一个函数，用于返回一个链表
{
包含输入各个节点的信息
并实现调度算法
}
voiddisplay（structPCB*p）//用于输出当前链表中各结点的状态
{
输出各个时刻各个节点的状态信息
}
voidmain（void）
{
structPCB*head,*tail,*p;
head=creat（）;//调用函数creat，head指向头结点
p=head;
tail=p;
printf（"初始进程的情况:
\n"）;
下面是对算法的总体实现，以及对输出操作
----------------------------
---------------------------
display（p）;//显示当前结点的情况
输出实验结果----------------
}
5.实验结果
请输入第1个结点的优先数:
1
请输入第1个结点的运行时间:
10
请输入第2个结点的优先数:
2
请输入第2个结点的运行时间:
20
请输入第3个结点的优先数:
3
请输入第3个结点的运行时间:
30
请输入第4个结点的优先数:
4
请输入第4个结点的运行时间:
40
请输入第5个结点的优先数:
5
请输入第5个结点的运行时间:
50
初始进程的情况:
P5505RP4
P4404RP3
P3303RP2
P2202RP1
P1101R（null）
最新进程调度的情况:
P5--->P5505RP4
P4404RP3
P3303RP2
P2202RP1
P1101R（null）
最新进程调度的情况:
P4--->P4404RP5
P5494RP3
P3303RP2
P2202RP1
六.调试结果及分析
通过本次试验的学习，我深入的了解了进程的调度情况，从算法的设计中学到了每个进程用进程控制块的优点，并从中学习了操作系统中任务的运作流程。
实习二主存空间的分配和回收
一、实习内容
主存储器空间的分配和回收。
二、实习目的
通过本实习帮助理解在不同的存储管理方式下应怎样进行存储空间的分配和回收。
三、实习题目
本实习有两题，可任选一题。
可变分区管理方式下采用首次适应算法实现主存分配和回收
（1）可变分区方式是按作业需要的主存空间大小来分割分区的。
当要装入一个作业时，根据作业需要的主存容量查看是否有足够的空闲空间，若有，则按需分配，否则，作业无法装入。
假定内存大小为128K，空闲区说明表格式为：
·起始地址——指出空闲区的起始地址；
·长度——一个连续空闲区的长度；
·状态——有两种状态，一种是“未分配”状态；另一种是“空表目”状态，表示该表项目前没有使用。
（2）采用首次适应算法分配回收内存空间。
运行时，输入一系列分配请求和回收请求。
要求能接受来自键盘的空间申请及释放请求，能显示分区分配及回收后的内存布局情况。
四.实验过程
1.算法分析：
首次适应算法又称最先适应算法，该算法要求空袭那分区按地址递增的次序排列。
在进行内存分配时，从空闲分区表（或空闲分区链）首开始顺序查找，直到找到第一个能满足其大小要求的空闲分区为止。
然后，再按照作业的大小，从该分区中划出一块内存空间分配给请求者，余下的空闲分区仍然留在空闲分区表中。
2程序的流程图：
3实现并验证算法的程序分析
1）定义数据结构类型
structMZone//内存分区
{
//空闲区起始地址
intbegin_addr;
//一个连续空闲区的长度
intlength;
//状态
intstate;
//内存中任务名
chartask_name[32];
//指向下一个空闲分区
structMZone*next;
};
2）插入任务到空闲分区并，分配内存
//Minsert函数，功能插入任务到空闲分区
intMinsert（structMZone*Mnew）
{
插入任务到空闲分区
}
//memoallocate函数，用于分配内存
voidmemoallocate（void）
{
structMZone*Mnew=（structMZone*）malloc（sizeof（structMZone））;
printf（"输入要分配内存大小（kb）:
\n"）;
scanf（"%d",&Mnew->length）;
printf（"输入任务名:
\n"）;
scanf（"%s",&Mnew->task_name）;
Minsert（Mnew）?
printf（"分配内存成功\n"）:
printf（"没有符合大小的空闲分区，内存分配失败。
\n"）;
system（"pause"）;
free（Mnew）;
}
3）回收内存
intMreturn（chartaskname[]）
{
显示分配内存的情况
}
4）显示内存分配情况
//内存头指针
structMZone*Mhead=NULL;
//showmemory函数，显示当前内存分配情况
voidshowmemory（）
{
structMZone*Mpoint=Mhead;
printf（"内存的使用情况\n"）;
printf（"beginaddr\tlength\tstate\ttask\n"）;
while（NULL!
=Mpoint）
{
printf（"%dk\t\t",Mpoint->begin_addr）;
printf（"%dk\t",Mpoint->length）;
Mpoint->state?
printf（"CANUSE\t"）:
printf（"CANTUSE\t"）;
printf（"%s\n",Mpoint->task_name）;
Mpoint=Mpoint->next;
}
system（"pause"）;
}
5）验证算法的正确性
intmain（void）
{
intfunc_=0;
//初始化Mhead
Mhead=（structMZone*）malloc（sizeof（structMZone））;
Mhead->begin_addr=0;
Mhead->length=MSIZE;
Mhead->state=CANUSE;
memset（Mhead->task_name,0,sizeof（char）*32）;
Mhead->next=NULL;
while
（1）
{
printf（"*******首次适应算法实现主存分配和回收系统（内存MSIZE）**********\n"）;
printf（"|1:
查看内存分配情况\n"）;
printf（"|2:
申请分配内存\n"）;
printf（"|3:
申请回收内存\n"）;
printf（"|4:
退出程序\n"）;
printf（"******************************************************************\n"）;
scanf（"%d",&func_）;
switch（func_）
{
case1:
showmemory（）;break;
case2:
memoallocate（）;break;
case3:
memoreturn（）;break;
case4:
return1;
}
system（"cls"）;
}
}
五.实验的输出结果
/*
*******首次适应算法实现主存分配和回收系统（内存MSIZE）**********
|1:
查看内存分配情况
|2:
申请分配内存
|3:
申请回收内存
|4:
退出程序
******************************************************************
1
内存的使用情况
beginaddrlengthstatetask
0k128kCANUSE
请按任意键继续...
******************************************************************
2
输入要分配内存大小（kb）:
100
输入任务名:
1
分配内存成功
请按任意键继续...
******************************************************************
3
输入要收回的任务名
1
内存回收成功！
请按任意键继续...
*/--------------------------------------------------------------------------------------------------
六.调试结果及分析
通过对可变分区管理方式下采用首次适应算法实现主存分配和回收算法的设计与分析，是我充分的认识了内存的运作流程，内存的分配与回收至关重要，因此内存的分配算法也很重要，通过本次试验，我认识到作为一个系统工程师所要做的事情。
实习三磁盘存储空间的分配和回收
一、实习内容
模拟磁盘空闲空间的表示方法，以及模拟实现磁盘空间的分配和回收。
二、实习目的
磁盘初始化时把磁盘存储空间分成许多块（扇区），这些空间可以被多个用户共享。
用户作业在执行期间常常要在磁盘上建立文件或把已经建立在磁盘上的文件删去，这就涉及到磁盘存储空间的分配和回收。
一个文件存放到磁盘上，可以组织成顺序文件（连续文件）、链接文件（串联文件）、索引文件等，因此，磁盘存储空间的分配有两种方式，一种是分配连续的存储空间，另一种是可以分配不连续的存储空间。
怎样有效地管理磁盘存储空间是操作系统应解决的一个重要问题，通过本实习使学生掌握磁盘存储空间的分配和回收算法。
三、实习题目
本实习有三个题目，可以任选一个，但不能与内存管理的题目类似。
连续磁盘存储空间的分配和回收
[提示]：
（1）要在磁盘上建立顺序文件时，必须把按序排列的逻辑记录依次存放在磁盘的连续存储空间中。
可假定磁盘初始化时，已把磁盘存储空间划分成若干等长的块（扇区），按柱面号和盘面号的顺序给每一块确定一个编号。
随着文件的建立、删除、磁盘存储空间被分成许多区（每一区包含若干块），有的区存放着文件，而有的区是空闲的。
当要建立顺序文件时必须找到一个合适的空闲区来存放文件记录，当一个文件被删除时，则该文件占用的区应成为空闲区。
为此可用一张空闲区表来记录磁盘存储空间中尚未占用的部分，格式如下：
序号
起始空闲块号
空闲块个数
状态
1
5
6
未分配
2
14
3
未分配
3
21
30
未分配
4
（2）建立文件时，先查找空闲区表，从状态为“未分配”的表项中找出一个块数能满足要求的区，由起始空闲块号能依次推得可使用的其它块号。
若不需要占用该区的所有块时，则剩余的块仍应为未分配的空闲块，这时要修改起始空闲块号和空闲块数。
若占用了该区的所有块，则相应登记栏中的状态修改成“空表目”。
删除一个文件时，需要考虑空闲块的合并情况。
磁盘存储空间的分配和回收算法类似于主存储器的可变分区方式的分配和回收。
同学们可参考实习二的第一题。
（3）当找到空闲块后，必须启动磁盘把信息存放到指定的块中，启动磁盘必须给出由三个参数组成的物理地址：
盘面号、柱面号和物理记录号（即扇区号）。
故必须把找到的空闲块号换算成磁盘的物理地址。
为了减少移臂次数，磁盘上的信息按柱面上各磁道顺序存放。
现假定一个盘组共有200个柱面，（编号0-199）每个柱面有20个磁道（编号0-19，同一柱面上的各磁道分布在各盘面上，故磁道号即盘面号。
），每个磁道被分成等长的6个物理记录（编号0-5，每个盘面被分成若干个扇区，故每个磁道上的物理记录号即为对应的扇区号）。
那么，空闲块号与磁盘物理地址的对应关系如下：
则物理记录号=空闲块号%6
磁道号=（空闲块号/6）%20
柱面号=（空闲块号/6）/20
（4）删除一个文件时，从文件目录表中可得到该文件在磁盘上的起始地址和逻辑记录个数，假定每个逻辑记录占磁盘上的一块，则可推算出归还后的起始空闲块号和块数，登记到空闲区表中。
换算关系如下：
起始空闲块号=（柱面号20+磁道号）6+物理记录号
空闲块数=逻辑记录数
（5）请设计磁盘存储空间的分配和回收程序，要求把分配到的空闲块转换成磁盘物理地址，把归还的磁盘空间转换成空闲块号。
要求能接受来自键盘的空间申请及释放请求，能显示或打印分配及回收后的空闲区表以及分配到的磁盘空间的起始物理地址：
包括柱面号、磁道号、物理记录（扇区号）。
四．数据结构及流程
用到的数据结构
1本程序用到的数据结构为空闲表，其组成元素为结构体，其中用来存
空闲表的数组元素定义为：
struct
{floataddress;/*分区起始地址*/
floatlenth;/*空闲长度，单位为块*/
intflag;/*空闲表登记栏标志，用“0”表示空栏目，“1”表示未分配*/
}table[n];/*空闲表*/
其中实型address作为分区起始块号，用于记录个空闲分区的起始块号，在程序开始时，数组第0项address被初始化为0（默认起始块号）其他元素对应项在初始化是不赋值。
第二项length表示所对应的项的长度，单位为块，在进程请求磁盘空间时，就是根据这一项大小为其分配合适的地址块，在初始化，第0元素该项被值为1000（默认地址块数），其他项不被置值，最后一项flag用于空闲表登记栏标志，用”0”表示空栏目，表明此项不用于指示磁盘空闲区，则该项其他元素都无效，“1”表示未分配，表明此项其他元素代表磁盘区域，可用于分配给文件，在初始化实第0项被初始化为1，其他项被初始化为0，表示为空。
②另一个结构体used_table，用于表示已分配表，从中可以看出已分配得的使用情况。
其中address表示已分配分区起始块号，length表示已分配分区长度，单位为字节，在初始化使所有项该元素都不赋值，flag表示已分配区登记栏标志，用“0“表示空栏目，表明该项所有元素都无效，若不为0则代表该磁盘区域分配给的文件名，在初始化时由于没有文件，所以全为0。
（2）主程序流程
①系统初始化，输入a的值。
②选择需要的服务类型。
如a=1转③，否则若a=2，转④，否则若a=3转⑤，否则退出。
③输入文件的名字和所需空间大小，为其分配磁盘区域。
转②。
④输入需要撤销的文件的名字，将其所占有的磁盘回收，转②。
⑤将磁盘空闲表和磁盘分配区表打印，转②。
⑥输入a的值，返回②。
⑦结束。
磁盘分配流程
①输入文件的名字name和所需空间大小length，ｉ=0.
②当i③在空闲表中找一空标志项j，将其address置为table[i].address,长度为文件所需长度，flag置为文件名。
④将table[i].address置为table[i].address+length,
table[i].length置为table[i].length-length.
（4）磁盘回收流程
①输入想撤销的文件的名字。
②在used_table中寻找flag为name的项。
若找不到。
则报错。
若找到，继续，
2将used_table[i]的起始块号分别负给head，tail,用于判断磁盘中该区域的上下相临区域是否被占用，若无，则分情况将其合并。
五.代码分析
实现磁盘连续分配的算法
choice（void）
{
while（a=!
4）
{
if（a==1）
{
}
elseif（a==2）
{
}
elseif（a==3）
{
printf（"请选择服务类型:
"）;
scanf（"%d",&a）;
}
}
}
主函数测试：
intmain（void）
{
for（i=0;iused_table[i].flag=0;/*已分配区表初始化*/
table[0].address=0.0;
table[0].length=1000.0;
table[0].flag=1;/*空闲表初始化*/
for（i=1;itable[i].flag=0;
printf（"请选择服务类型\n"）;
printf（"--------------------------请选择服务类型--------------------\n"）;
printf（"1调入新的文件\n"）;
printf（"2收回文件磁盘空间\n"）;
printf（"3打印磁盘分配情况表\n"）;
printf（"4退出\n"）;/*输出功能提示*/
printf（"-------------------------------------------------------------\n"）;
printf（"请选择服务类型:
"）;
scanf（"%d",&a）;/*读入选择的服务*/
choice（a）;
return0;
}
六.输出结果
请选择服务类型
--------------------------请选择服务类型--------------------
1调入新的文件
2收回文件磁盘空间
3打印磁盘分配情况表
4退出
-------------------------------------------------------------
请选择服务类型:
1
输入文件名:
1
输入所需磁盘大小:
100
请选择服务类型:
1
输入文件名:
2
输入所需磁盘大小:
100
请选择服务类型:
3
used_table
起始块号长度标志
00.000000100.0000001
1100.000000100.0000002
table
起始块号长度标志
0200.000000800.0000001
请选择服务类型:
2
输入想删除的文件名：
1
请选择服务类型:
3
used_table
起始块号长度标志
1100.000000100.0000002
table
起始块号长度标志
0200.000000800.0000001
10.000000100.0000001
请选择服务类型:
七.调试分析及总结
通过这次试验，自己对磁盘可变分区管理的贮存分配回收有了更深的了解，使课本上的知识的到深化，在程序中用了许多if,else语句，对这些语句结构的掌握对编写几条时程序有很大的帮助，由于自己编程及实际经验有限，在编写过程中，对有些环节进行了简化，虽然可以在总体上完成所要求的功能，但一些细节上略显不足，虽然这样，但自己毕竟花费了许多力气，该试验的目的也基本上达到了，就是对课本上相应的知识有了更深的了解，有助于以后更好的学习，收获很大。
武汉大学珞珈学院
计算机科学系
计算机科学与技术专业0901班
学号：
20091080605031
姓名：
陈金林
升级会员 