操作系统实验指导.docx
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操作系统实验指导
计算机操作系统实验指导
系部：
计算机科学系
班级：
________________
学号：
________________
姓名：
________________
二〇一二年二月
操作系统原理实验守则
一、实验前必须对实验内容进行充分预习，以便达到实验效果。
二、实验室不得大声喧哗，不得进行与实验内容无关的活动。
三、自觉爱护实验设备；注意操作程序，防止损坏实验设备。
四、保持实验室内卫生，严禁吸烟和随地吐痰。
五、应正确记录实验过程与结果。
六、如有设备损坏、丢失，须及时报告。
计算机操作系统实验指导
一、培养目标
本实验课程是对《操作系统原理》课堂教学的一个重要补充，与理论学习起着相辅相成的作用，是实施《操作系统原理》教学的一个重要组成部分。
通过本实验课的实践学习，可以增强本专业的学生对系统实现的认识。
通过理论与实践的结合，对加深理解和掌握操作系统相关原理有重要帮助。
二、适用专业
计算机专业本、专科学生
三、实验课学时
18学时
四、实验内容和学时安排
章节
标题
课时数
实验一
进程管理
2
实验二
进程调度
4
实验三
存储管理
4
实验四
文件系统设计
4
实验五
操作系统接口
4
合计
18
实验一进程管理
1．目的和要求
编写和调试一个简单的进程管理程序，通过实验加强对进程概念的理解。
2．实验内容
应能实现以下功能的模拟：
①创建新的进程；
②查看运行进程；
③换出某个进程；
④杀死运行进程；
⑤进程之间通信。
3．实验环境
装有DOS、Windows操作系统以及TC（或C++）语言系统的PC机1台/人。
4．实验提示
PCB结构通常包括以下信息：
进程名，进程优先数，轮转时间片，进程所占用的CPU时间，进程的状态，当前队列指针等。
可根据实验的不同，PCB结构的内容可以作适当的增删。
参考程序：
#include"conio.h"
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
structjincheng_type
{intpid;
intyouxian;
intdaxiao;
……};
structjincheng_typeneicun[20];
intshumu=0,pid_l;
main（）
{
intn,m,i;
chara;
n=1;
while（n==1）
{
clrscr（）;
printf（"\n********************************************"）;
printf（"\n*进程演示系统*"）;
printf（"\n********************************************"）;
printf（"\n1.创建新的进程2.查看运行进程"）;
printf（"\n3.换出某个进程4.杀死运行进程"）;
printf（"\n5.进程之间通信6.退出系统"）;
printf（"\n********************************************"）;
printf（"\n请选择（1～6）"）;
a=getche（）;
switch（a）
{case'1':
create（）;
break;
case'2':
run（）;
break;
case'3':
huanchu（）;
break;
case'4':
kill（）;
break;
case'5':
tongxun（）;
break;
case'6':
exit（0）;
default:
n=0;
}
}
}
create（）/*创建一个进程的示例（不完整的程序）*/
{
if（shumu>=20）
{
printf（"\n内存已满，请先结束或换出进程\n"）;
}
else
{
printf（"\n请输入新进程的pid\n"）;
scanf（"%d",&neicun[shumu-1].pid）;
printf（"\n请输入新进程的优先级\n"）;
scanf（"%d",&neicun[shumu-1].youxian）;
printf（"\n请输入新进程的大小\n"）;
scanf（"%d",&neicun[shumu-1].daxiao）;
shumu++;
……
}
}
5．实验运行结果
（将调试通过代码及运行结果打印后附于报告后）
6．实验体会与收获
实验时间：
_____________________实验地点：
_____________________
指导老师：
_____________________实验成绩：
_____________________
实验二进程调度
1．目的和要求
进程调度是处理机管理的核心内容。
本实验要求用C语言编写和调试一个简单的进程调度程序。
通过本实验可以加深理解有关进程控制块、进程队列的概念，并体会和了解优先数和时间片轮转调度算法的具体实施办法。
2．实验内容
①设计进程控制块PCB表结构（与实验一的结构相同），分别适用于优先数调度算法和循环轮转调度算法。
②建立进程就绪队列。
对两种不同算法编制入链子程序。
③编制两种进程调度算法：
1）优先数调度；2）循环轮转调度
3．实验环境
装有DOS、Windows操作系统以及C++语言系统的PC机1台/人。
4．实验提示
①本程序用两种算法对五个进程进行调度，每个进程可有三个状态，并假设初始状态为就绪状态。
②为了便于处理，程序中的某进程运行时间以时间片为单位计算。
各进程的优先数或轮转时间数以及进程需运行的时间片数的初始值均由用户给定。
③在优先数算法中，优先数可以先取值为98，进程每执行一次，优先数减3，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。
在轮转算法中，采用固定时间片（即：
每执行一次进程，该进程的执行时间片数为已执行了2个单位），这时，CPU时间片数加2，进程还需要的时间片数减2，并排列到就绪队列的尾上。
④对于遇到优先数一致的情况，采用FIFO策略解决。
⑤在实验操作过程中，考虎用户输入的数据量太大且每次用户输入的大多数数据为重复数据，因此可采用文件输入方式，用户只需指定特定的输入文件的文件名来输入数据。
另一方面，程序的输出量较大，可以采用文件输出的方式来储存程序的运行结果。
也可以用实时的输出界面来输出程序结果。
参考程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#defineP_NUM5
#defineP_TIME50
enumstate{
ready,
execute,
block,
finish
};
structpcb{
charname[4];
intpriority;
intcputime;
intneedtime;
intcount;
intround;
stateprocess;
pcb*next;
};
pcb*get_process（）;
pcb*get_process（）{
pcb*q;
pcb*t;
pcb*p;
inti=0;
cout<<"inputnameandtime"<while（iq=（structpcb*）malloc（sizeof（pcb））;
cin>>q->name;
cin>>q->needtime;
q->cputime=0;
q->priority=P_TIME-q->needtime;
q->process=ready;
q->next=NULL;
if（i==0）{
p=q;
t=q;
}
else{
t->next=q;
t=q;
}
i++;
}//while
returnp;
}
voiddisplay（pcb*p）{
cout<<"name"<<""<<"cputime"<<""<<"needtime"<<""<<"priority"<<""<<"state"<while（p）{
cout<name;
cout<<"";
cout<cputime;
cout<<"";
cout<needtime;
cout<<"";
cout<priority;
cout<<"";
switch（p->process）{
caseready:
cout<<"ready"<caseexecute:
cout<<"execute"<caseblock:
cout<<"block"<casefinish:
cout<<"finish"<}
p=p->next;
}
}
intprocess_finish（pcb*q）{
intbl=1;
while（bl&&q）{
；
；
}
returnbl;
}
voidcpuexe（pcb*q）{
pcb*t=q;
inttp=0;
while（q）{
if（q->process!
=finish）{
;
if（q->needtime==0）{
;
}
}
if（tppriority&&q->process!
=finish）{
tp=q->priority;
t=q;
}
q=q->next;
}
if（t->needtime!
=0）{
t->priority-=3;
t->needtime--;
t->process=execute;
t->cputime++;
}
}
voidpriority_cal（）{
pcb*p;
clrscr（）;
p=get_process（）;
intcpu=0;
clrscr（）;
while（!
process_finish（p））{
cpu++;
cout<<"cputime:
"<cpuexe（p）;
display（p）;
sleep
（2）;
clrscr（）;
}
printf（"Allprocesseshavefinished,pressanykeytoexit"）;
getch（）;
}
voiddisplay_menu（）{
cout<<"CHOOSETHEALGORITHM:
"<cout<<"1PRIORITY"<cout<<"2ROUNDROBIN"<cout<<"3EXIT"<}
pcb*get_process_round（）{
pcb*q;
pcb*t;
pcb*p;
inti=0;
cout<<"inputnameandtime"<while（i;
cin>>q->name;
cin>>q->needtime;
q->cputime=0;
q->round=0;
q->count=0;
;
q->next=NULL;
if（i==0）{
p=q;
t=q;
}
else{
t->next=q;
t=q;
}
i++;
}//while
returnp;
}
voidcpu_round（pcb*q）{
q->cputime+=2;
q->needtime-=2;
if（q->needtime<0）{
q->needtime=0;
}
;
;
q->process=execute;
}
pcb*get_next（pcb*k,pcb*head）{
pcb*t;
t=k;
do{
t=t->next;
}
while（t&&t->process==finish）;
if（t==NULL）{
t=head;
while（t->next!
=k&&t->process==finish）{
t=t->next;
}
}
returnt;
}
voidset_state（pcb*p）{
while（p）{
if（p->needtime==0）{
;
}
if（p->process==execute）{
;
}
p=p->next;
}
}
voiddisplay_round（pcb*p）{
cout<<"NAME"<<""<<"CPUTIME"<<""<<"NEEDTIME"<<""<<"COUNT"<<""<<"ROUND"<<""<<"STATE"<while（p）{
cout<name;
cout<<"";
cout<cputime;
cout<<"";
cout<needtime;
cout<<"";
cout<count;
cout<<"";
cout<round;
cout<<"";
switch（p->process）{
caseready:
cout<<"ready"<caseexecute:
cout<<"execute"<casefinish:
cout<<"finish"<}
p=p->next;
}
}
voidround_cal（）{
pcb*p;
pcb*r;
clrscr（）;
p=get_process_round（）;
intcpu=0;
clrscr（）;
r=p;
while（!
process_finish（p））{
cpu+=2;
cpu_round（r）;
r=get_next（r,p）;
cout<<"cpu"<display_round（p）;
set_state（p）;
sleep（5）;
clrscr（）;
}
}
voidmain（）{
display_menu（）;
intk;
scanf（"%d",&k）;
switch（k）{
case1:
priority_cal（）;break;
case2:
round_cal（）;break;
case3:
break;
display_menu（）;
scanf（"%d",&k）;
}
}
5．实验运行结果
（将调试通过代码及运行结果打印后附于报告后）
6．实验体会与收获
实验时间：
_____________________实验地点：
_____________________
指导老师：
_____________________实验成绩：
_____________________
实验三存储管理
1．目的和要求
存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。
请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。
本实验的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的页面置换算法。
2．实验内容
1．过随机数产生一个指令序列，共320条指令。
其地址按下述原则生成：
①50%的指令是顺序执行的；
②25%的指令是均匀分布在前地址部分；
③25%的指令是均匀分布在后地址部分；
#具体的实施方法是：
A.在[0，319]的指令地址之间随机选区一起点M;
B.顺序执行一条指令，即执行地址为M+1的指令；
C.在前地址[0，M+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为M’;
D.顺序执行一条指令，其地址为M’+1；
E.在后地址[M’+2，319]中随机选取一条指令并执行；
F.重复A—E，直到执行320次指令。
2．指令序列变换成页地址流
设：
（1）页面大小为1K；
（2）用户内存容量为4页到32页；
（3）用户虚存容量为32K。
在用户虚存中，按每K存放10条指令排列虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：
第0条—第9条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]）；
第10条—第19条指令为第1页（对应虚存地址为[10，19]）；
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
第310条—第319条指令为第31页（对应虚存地址为[310，319]）；
按以上方式，用户指令可组成32页。
3.计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。
A.FIFO先进先出的算法
B.LRR最近最少使用算法
C.OPT最佳淘汰算法（先淘汰最不常用的页地址）
D.LFR最少访问页面算法
E.NUR最近最不经常使用算法
3．实验环境
装有DOS、Windows操作系统以及C++语言系统的PC机1台/人。
4．实验提示
提示：
A.命中率=1-页面失效次数/页地址流长度
B.本实验中，页地址流长度为320，页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数。
C.关于随机数产生方法，采用TC系统提供函数RAND（）和RANDOMIZE（）来产生。
参考程序：
#include
#include
#include
#include
structaa{
intpage;
intcount;
aa*next;
};
voidmain（）
{
time_tt;
srand（unsigned（time（&t）））;
inti,n,j,ii,m,answer,ffalse,count,fangfa,temp1,min,nn,mm;
doublesum;
aa*head,*tail,*temp,*table,*first,*ti;
/*nn=4;mm=1;
for（nn=4;nn>32;nn++）
{
for（mm=1;mm>5;mm++）
{*/
cin>>m;
//m=nn;
cout<cout<<"fangfa:
1-FIFO;2-LRR;3-OPT;4-LFR;5-NUR"<cout<<"Mothed:
";
cin>>fangfa;
//fangfa=mm;
ffalse=0;
answer=0;
table=new（aa）;
temp=table;
table->page=-1;
table->count=0;
head=table;
for（ii=2;ii<=m;ii++）
{
table=new（aa）;
table->page=-1;
table->count=0;
temp->next=table;
temp=table;
if（ii==m）{table->next=NULL;}
}
tail=table;
temp=head;
first=head;
count=0;
i=0;
while（i<320）
{
min=400;
;
;
;
;
table=head;
temp=head;
answer=0;
min=400;
if（fangfa==5）
{
while（table!
=NULL）
{
if（table->page==j）{answer=1;table->count=2;}
table=table->next;
}
if（answer!
=1）
{
table=head;
while（table!
=NULL）
{
if（table->countcount;}
table=table->next;
}
if（temp->page!
=-1）++ffalse;
temp->page=j;
temp->count=1;
}
table=head;
if（（i%32）==0）
{
while（table!
=NULL）
{
if（table->page!
=-1）table->count=1;
//if（table->page==j）{answer=1;++（table->count）;}
table=table->next;
}
}
}
if（（fangfa==4）||（fangfa==3））
{
while（table!
=NULL）
{
if（table->page==j）{answer=1;++（table->count）;}
table=table->next;
}
if（answer!
=1）
{table=head;
while（table!
=NULL）
{
if（table->countcount;}
table=table->next;
}
if（temp->page!
=-1）{
++ffalse;
temp->page=j;
table=head;
while（table）{
table->count=1;
table=table->next;
}
}
else{
temp->page=j;
++（temp->count）;
}
}
}
if（fangfa==2）{
while（（table!
=NULL）&&（fangfa==2））
{
if（table->page==j）{answer=1;temp=table;}
table=table->next;
}
i
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