操作系统课程设计设备管理.docx
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操作系统课程设计设备管理
操作系统课程设计（设备管理）
一引言
1.1课程设计题目
实现一个模拟操作系统。
1.2课程设计的目的
通过模拟操作系统原理的实现，加深对操作系统工作原理理解，进一步了解操作系统的实现方法，并可练习合作完成系统的团队精神和提高程序设计能力。
1.3小组人数
建议3~4人一组共同完成模拟系统的实现。
1.4编程语言
建议使用VC、VB、C#、Java等Windows环境下的程序设计语言，以借助这些语言环境来模拟硬件的一些并行工作。
1.5课程设计内容
模拟采用多道程序设计方法的单用户操作系统，该操作系统包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户接口四部分。
1.6界面设计如图
图1.1
二课程设计任务及要求
2.1设计任务
设计一个设备管理分配程序，按先来先服务的算法，对设备进行分配。
2.2设计要求
设备管理主要包括设备的分配和回收。
（1）模拟系统中有A、B、C三种独占型设备，A设备3个，B设备2个，C设备1个。
（2）因为模拟系统比较小，因此只要设备表设计合理即可。
（3）采用先来先服务分配策略，采用设备的安全分配方式。
（4）屏幕显示
每个设备是否被使用，哪个进程在使用该设备，哪些进程在等待使用该设备。
三算法及数据结构
3.1算法的总体思想（流程）
设备管理的功能是按照设备的类型和系统采用的分配策略，为请求I/O进程分配一条传输信息的完整通路。
合理的控制I/O的控制过程，可最大限度的实现CPU与设备、设备与设备之间的并行工作。
1.监视所有设备。
为了能对设备实施有效的分配和控制，系统能获取设备的状态。
设备状态保存在设备控制表（DeviceTable）中，并动态的记录状态的变化及有关信息。
2.制定分配策略。
按先来先服务的算法，进行设备分配。
3.设备的分配。
把设备分配给进程。
4.设备回收。
当进程运行完毕后，要释放设备，则系统必须回收，一边其他进程使用。
图3.1
3.2Equipment模块
3.2.1功能
记录设备的状态及相关信息
检查设备是否被调用
对设备进行分配
进程结束对设备进行回收
3.2.2数据结构
一个DeviceTable类、一个DeviceTable函数。
DeviceTable是设备分配表，说明设备的分配状况，是否被占用。
Device类说明了设备是如何使用的。
每个设备是否被使用，哪个进程在使用该设备，哪些进程在等待使用该设备。
3.3cpu模块
3.3.1功能
进程对设备的调用，当进程使用设备时，检查设备是否空闲。
如果空闲，则调用该设备；如果设备正被使用，则将该进程阻塞到该设备的阻塞队列中，等到设备空闲时，再被唤醒，调用设备。
3.3.2数据结构
一个设备的枚举类型DeviceType，一个cpu函数。
Cpu函数中调用Equipment模块中的函数对设备进行检测。
如果设备空闲，就调用该设备；如果设备真在被使用，则该进程被阻塞到该设备的阻塞队列中。
3.3.3算法
通过调用Equipment模块中的函数对设背进行检测：
如果设备空闲，则使用该设备；如果设备正在工作，则进程被阻塞。
3.4form1模块
3.4.1功能
界面管理
图3-2
启动进程，如果要使用设备，按先来先服务的算法调用设备。
此模块中有一个设备调用函数publicintAllocate（DeviceTypetype），根据设备的物理名调用设备，并将信息显示显示到界面中。
3.4.2算法
先来先服务（FCFS,FirstComeFirstService）分配算法：
每一设备有一队列管理，当多个作业或任务对同一设备提出I/O请求时，该算法把请求的先后次序排成一个等待该设备的队列，设备分配程序把设备分配给队列中的第一各作业。
四程序设计与实现
4.1程序流程图
图4-1
4.2基本思想
进程调用设备。
先调用A类设备，A类设备一共有三个，如果有空闲的设备，则进程就可调用；否则将进程阻塞到设备A的阻塞队列中，等待设备，等到A类设备有空闲设备时，就唤醒该进程，在断点处继续进行程序。
再调用B类设备，B类设备一共有两个，如果有空闲的设备，则进程就可调用；否则将进程阻塞到设备B的阻塞队列中，等待设备，等到B类设备有空闲设备时，就唤醒该进程，在断点处继续进行程序。
最后调用C类设备，C类设备只有一个，C设备是临界资源，如果C设备空闲，则进程就可调用；否则将进程阻塞到设备C的阻塞队列中，等待设备，等到C设备空闲，就唤醒该进程，在断点处继续进行程序。
4.3定义的公共变量或数据结构
Anum，Bnum，Cnum分别表示设备A，B，C空闲数目
publicenumDeviceType枚举型的数据类型列举出三种设备
publicstructDeviceTable定义一个设备表的结构体
publicclassDevice设备类
publicboolJudgeDevice（DeviceTypetype）检查类型为type的设备是否可用
publicintAllocate（DeviceTypetype）分配设备,返回第几个设备被占用
publicvoidDeAllocate（DeviceTypetype,inta）回收设备
4.4实验部分代码
namespaceWindowsApplication2
{publicpartialclassForm1:
Form
{publicstaticintAnum=3,Bnum=2,Cnum=1;
publicenumDeviceType
{A,
B,
C,
}
publicstructDeviceTable
{publicDeviceTypedeviceType;
publicinttotal;
publicint[]useState;//0——空闲，1——占用
publicDeviceTable（DeviceTypetype,inttotal）//定义一个构造函数
{this.total=total;
deviceType=type;
useState=newint[total];
for（inti=0;i{useState[i]=0;
}
}
}
publicclassDevice
{privateDeviceTable[]table=newDeviceTable[3];//三种设备
privatestaticDevicedevice=newDevice（）;
publicDevice（）
{InitDevice（）;//初始化设备
}
privatevoidInitDevice（）//设备初始化，A设备3个，B设备2个，C设备1个
{table[0]=newDeviceTable（DeviceType.A,3）;
table[1]=newDeviceTable（DeviceType.B,2）;
table[2]=newDeviceTable（DeviceType.C,1）;
}
//
/////////////////检查类型为type的设备是否可用//////////////////////
//
publicboolJudgeDevice（DeviceTypetype）
{boolstr=false;
switch（type）
{caseDeviceType.A:
{if（table[0].total>0）
{str=true;
}
break;
}
caseDeviceType.B:
{if（table[1].total>0）
{str=true;
}
break;
}
caseDeviceType.C:
{if（table[2].total>0）
{str=true;
}
break;
}
}
returnstr;
}
//
////////////分配设备,返回第几个设备被占用////////////////////////
//
publicintAllocate（DeviceTypetype）
{intk=0;
switch（type）//使用switch语句选择分配设备不同函数
{caseDeviceType.A:
{table[0].total--;
for（inti=0;i<3;i++）
{if（table[0].useState[i]==0）
{table[0].useState[i]=1;
k=i;
break;
}
}
break;
}
caseDeviceType.B:
{table[1].total--;
for（inti=0;i<2;i++）
{
if（table[0].useState[i]==0）
{table[0].useState[i]=1;
k=i;
break;
}
}
break;
}
caseDeviceType.C:
{table[2].total--;
break;
}
}
returnk;
}
//
//////////////////////////回收设备////////////////////////////
//
publicvoidDeAllocate（DeviceTypetype,inta）
{switch（type）
{caseDeviceType.A:
{table[0].total++;
table[0].useState[a]=0;
break;
}
caseDeviceType.B:
{table[1].total++;
table[1].useState[a]=0;
break;
}
caseDeviceType.C:
{table[2].total++;
table[2].useState[a]=0;
break;
}
}
}
}
publicForm1（）
{InitializeComponent（）;
}
//
/////////////////////分配设备时的颜色变化////////////////////
//
privatevoidbutton7_Click（objectsender,EventArgse）
{Anum--;
stringresult1="";
Deviced1=newDevice（）;
intm1=d1.Allocate（DeviceType.A）;
result1=Convert.ToString（m1）;
switch（Anum）
{case2:
this.button1.BackColor=Color.Red;
break;
case1:
this.button2.BackColor=Color.Red;
break;
case0:
this.button3.BackColor=Color.Red;
break;
default:
MessageBox.Show（"无设备可分配"）;
break;
}
}
privatevoidbutton8_Click（objectsender,EventArgse）
{Bnum--;
stringresult2="";
Deviced2=newDevice（）;
intm2=d2.Allocate（DeviceType.B）;
switch（Bnum）
{case1:
this.button4.BackColor=Color.Red;
break;
case0:
this.button5.BackColor=Color.Red;
break;
default:
MessageBox.Show（"无设备可分配"）;
break;
}
result2=Convert.ToString（m2）;
}
privatevoidbutton9_Click（objectsender,EventArgse）
{Cnum--;
stringresult3="";
Deviced1=newDevice（）;
intm3=d1.Allocate（DeviceType.C）;
if（Cnum==0）
{this.button6.BackColor=Color.Red;
}
else
{MessageBox.Show（"无设备可分配"）;
}
result3=Convert.ToString（m3）;
}
｝
}
4.5运行截图
屏幕显示
主存使用情况示意图，哪些主存块已分配，哪些主存块未分配，以不同的颜色表示，灰色表示设备空闲，红色表示设备已分配
初始化为所有设备都是空闲状态，如下图所示
图4-2
分配设备A正常情况下，如图所示：
图4-3
分配设备A非正常情况下，例如需要设备数超过实际有的设备数时，如图所示：
图4-4
3个设备A都被分配出去，回收设备A时正常情况如下图所示：
图4-5
4.6使用说明
设备管理主要包括设备的分配和回收。
1.设备的模拟
模拟系统中有A、B、C三种独占型设备，A设备3个，B设备2个，C设备1个。
2.数据结构
因为模拟系统比较小，因此只要设备表设计合理既可。
3.设备分配
采用先来先服务策略。
4.设备回收
回收设备后，要注意唤醒等待设备的进程。
5.屏幕显示
屏幕显示要求包括：
每个设备是否被使用，哪个进程在使用该设备，哪些进程在等待使用该设备。
其中灰色表示设备空闲，红色表示设备已被分配。
五总结
设备管理主要监视所有设备的状态，制定分配策略，完成设备的分配和回收，合理的控制I/O的控制过程，最大限度的实现CPU与设备、设备与设备之间的把并行工作。
通过对这次操作系统课程设计的亲自参与和操作，使我深刻体会到了：
只要你想做只要你想学没有弄不懂得事情，工程里面也不能不在乎细节，等等。
感觉很受益匪浅。
懂得了操作系统包括的四部分内容：
文件管理和用户接口、存储管理、设备管理、进程管理之间的内在联系。
加深了我对这门课程的理解。
锻炼了自己在考虑全局也不是细节的能力。
通过这次实验，再一次熟悉并深入掌握了程序设计语言和界面设计。
同时，我也深深体会到了团队的重要性，如果没有同组人的互相鼓励和督促我跟本不能很快的完成任务。
一滴水的力量是有限的，但汇聚成溪流将是美丽的。
虽然我们每个人的力量都是有限的，但是激烈的讨论、相互的鼓励使我们在实践中成长。
感谢和我一起面对的同伴们，因为有你们我才变得勤奋。
更感谢给予我们谆谆教导的老师,在我们犹豫困惑时给予我们指导，谢谢您!
六参考文献
刘振鹏、王煜、张明《操作系统》（第三版）北京：
中国铁道出版社
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