新改操作系统实验报告.docx

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新改操作系统实验报告

课程设计（综合实验）报告

（2015--2016年度第1学期）

名称：

操作系统综合实验

题目：

oslab综合实验

院系：

计算机系

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数：

分散进行

成绩：

日期：

实验一、实验环境的使用

一、实验目的和要求 

1、实验名称：

实验环境的使用。

2、实验目的：

（1）熟悉操作系统集成实验环境OSLab的基本使用方法。

（2）练习编译、调试EOS操作系统内核以及EOS应用程序。

3、实验类型：

验证性实验。

4、实验内容：

启动OSLab。

学习OSLab基本使用方法。

EOS内核项目的生成和调试。

EOS应用程序项目的生成和调试。

退出OSLab。

保存EOS内核项目。

二、实验环境 

使用WINDOWS操作系统和OS Lab集成实验环境，涉及C语言等编程语言。

三、实验过程 

1、设计思路和流程图

（一）对于WINDOWS控制台应用程序：

（二）对于EOS内核项目：

（三）对于EOS应用程序项目：

2、算法实现

验证性实验，无需算法。

3、截图

四、思考与练习

1、练习使用单步调试功能（逐过程、逐语句），体会在哪些情况下应该使用“逐过程”调试，在哪些情况下应该使用“逐语句”调试。

练习使用各种调试工具（包括“监视”窗口、“调用堆栈”窗口等）。

答：

逐语句，就是每次执行一行语句，如果碰到函数调用，它就会进入到函数里面。

 而逐过程，碰到函数时，不进入函数，把函数调用当成一条语句执行。

 因此，在需要进入函数体时用逐语句调试，而不需要进入函数体时用逐过程调试。

2、思考生成 EOS SDK 文件夹的目的和作用。

查看 EOS SDK 文件夹中的内容，明白文件夹的组织结构和各个文件的来源和作用。

查看 EOS 应用程序包含了 SDK 文件夹中的哪些头文件，是如何包含的？

答：

EOS SDK是为应用程序调用系统API提供服务，可作为用户编程中可使用的工具包集合。

 EOS SDK文件夹主要包括INC头文件、LIB文件夹 导入库文件和BIN文件夹 动态链接库，可执行程序，二进制文件。

 EOS SDK包含的头文件有：

eos.h负责导出API函数声明；eosdef.h负责导出函数类型的定义；error.h 负责导出错误码。

五、实验总结

熟悉了OS Lab实验环境，学会了EOS操作系统内核和EOS应用程序的基本调试方法，对EOS相关项目的编程方法增加了了解。

通过这次实验，我锻炼了动手实践的能力，提升了对于操作系统相关知识的兴趣，加深对操作系统理论知识的理解，并能将其应用到实际操作当中。

实验二、操作系统的启动

一、实验目的与要求 

1、 实验名称：

操作系统的启动 

2、 实验目的 

（1）跟踪调试EOS在PC机上从加电复位到成功启动的全过程，了解操作系统的启动过程。

（2）查看EOS启动后的状态和行为，理解操作系统启动后的工作方式。

3、实验类型：

验证性实验 

4、实验内容 

调试EOS操作系统的启动过程包括：

使用Bochs做为远程目标机;

调试BIOS程序;

调试软盘引导扇区程序;

调试加载程序;

调试内核;

查看EOS启动后的状态和行为

二、实验环境 

使用WINDOWS操作系统和OS Lab集成实验环境，涉及C语言等编程语言。

三、实验过程

1、设计思路和流程图：

2、算法实现：

验证性试验，无算法。

3、截图

四、思考与练习

为什么EOS操作系统从软盘启动时要使用boot.bin和loader.bin两个程序？

使用一个可以吗？

它们各自的主要功能是什么？

如果将loader.bin的功能移动到boot.bin文件中，则boot.bin文件的大小是否仍然能保持小于512字节？

答：

boot文件夹包含了两个汇编文件boot.asm和loader.asm。

这两个文件生成的二进制文件boot.bin和loader.bin会被写入软盘镜像文件。

操作系统启动时boot.bin和loader.bin引导软盘加载程序，二者缺一不可。

使用Boot.bin的主要功能是引导软盘；loader.bin的主要功能是加载程序。

如果把loader.bin功能移动到boot.bin程序中，必然导致程序规模扩大，可能使其大于512字节。

 五、实验总结

完成了调试Eos在PC机上从加复电位到成功启动的全过程，了解了操作系统的启动过程，对EOS启动后的状态和行为有了深入的了解，理解了操作系统启动后的工作方式。

不过对操作系统还存在着很多的问题，对操作系统的了解还不是很深刻，所以实验后要深入的了解。

实验三、进程的创建

一、实验目的与要求 

1、 实验名称：

进程的创建 

2、 实验目的 

（1）练习使用EOSAPI函数CreateProcess创建一个进程，掌握创建进程的方法，理解进程和程序的区别。

（2）调试跟踪CreateProcess函数的执行过程，了解进程的创建过程，理解进程是资源分配的单位。

3、实验类型：

验证性实验 

4、实验内容 

（1）准备实验

（2）练习使用控制台命令创建EOS应用程序的进程

（3）练习通过编程的方式让应用程序创建另一个应用程序的进程

（4）调试CreateProcess函数

（5）调试PsCreateProcess函数

（6）练习通过编程的方式创建应用程序的多个进程

二、实验环境 

使用WINDOWS操作系统和OS Lab集成实验环境，涉及C语言等编程语言。

三、实验过程

1、算法

算法：

验证性实验，不需算法。

2、截图

四、思考与练习

在源代码文件NewTwoProc.c提供的源代码基础上进行修改，要求使用hello.exe同时创建10个进程。

提示：

可以使用PROCESS_INFORMATION类型定义一个有10个元素的数组，每一个元素对应一个进程。

使用一个循环创建10个子进程，然后再使用一个循环等待10个子进程结束，得到退出码后关闭句柄。

答：

使用PROCESS_INFORMATION类型定义一个有10个元素的数组，每一个元素对应一个进程。

五、实验总结

本次实验是验证性实验，通过实验练习创建一个进程，掌握创建进程的方法，对进程和程序的区别有了更深的理解。

调试跟踪CreateProcess函数的执行过程，了解到了进程的创建过程。

同时，本次实验，让我对进程的创建有更深的理解，是我真真切切的理解到进程和程序的本质区别。

学会了如何使用基本命令进行调试和运行程序。

总之这让我受益非浅。

实验四、线程的状态与转换

一、实验目的与要求 

1、 实验名称：

线程的状态与转换 

2、 实验目的 

（1）调试线程在各种状态间的转换过程，熟悉线程的状态和转换。

（2）通过为线程增加挂起状态，加深对线程状态的理解。

3、实验类型：

验证性实验 

4、实验内容 

（1）准备实验

（2）调试线程状态的转换过程。

2.1线程由主色状态进入就绪状态。

2.2线程由运行状态进入就绪状态。

2.3线程由就绪状态进入运行状态。

2.4线程由运行状态进入阻塞状态。

（3）为线程增加挂起状态

二、实验环境 

使用WINDOWS操作系统和OS Lab集成实验环境，涉及C语言等编程语言。

三、实验过程

1、算法

算法：

验证性实验，不需算法。

2、截图

四、思考与练习

1、思考一下，在本实验中，当loop线程处于运行状态时，EOS中还有哪些线程，它们分别处于什么状态。

可以使用控制台命令pt查看线程的状态。

2、当loop线程在控制台1中执行，并且在控制台2中执行suspend命令时，为什么控制台1中的loop线程处于就绪状态而不是运行状态？

答：

打开控制台2时，loop线程处于活动就绪状态，此时在控制台2中使用挂起原语Suspend可以将该线程挂起，该线程便会转入静止就绪状态。

处于静止就绪状态的线程，不会再被调度执行，直到使用原语Resume将该线程恢复为活动就绪状态。

五、实验总结

在本次实验过程中我了解到了各个状态之间的转换过程，对状态之间的转换有了更加深入的了解。

了解到进程在就绪、阻塞、运行等状态之间的转换的实际运行，同时线程加入了增加了挂起状态，从而加深了对状态转换的理解，对课堂上的知识有了更加深入的了解。

实验五、进程的同步

一、实验目的与要求 

1、 实验名称：

进程的同步

2、 实验目的 

（1）使用EOS的信号量，编程解决生产者—消费者问题，理解进程同步的意义。

（2）调试跟踪EOS信号量的工作过程，理解进程同步的原理。

（3）修改EOS的信号量算法，使之支持等待超时唤醒功能（有限等待），加深理解进程。

3、实验类型：

设计并验证性实验 

4、实验内容 

（1）准备实验

（2）使用EOS的信号量解决生产者－消费者问题。

（3）调试EOS信号量的工作过程。

3.1创建信号量

3.2等待、释放信号量

3.2.1等待信号量（不阻塞）

3.2.2释放信号量（不唤醒）

3.2.3等待信号量（阻塞）

3.2.4释放信号量（唤醒）

（4）修改EOS的信号量算法。

二、实验环境 

使用WINDOWS操作系统和OS Lab集成实验环境，涉及C语言等编程语言。

三、实验过程

1、算法

算法：

设计并验证性实验，需算法。

为EOS添加时间片轮转调度

Satus=flag; 

If（Semaphore->Count>0）{     Semaphore->Count--; 

    flag=STATUS_SUCCESS; } 

else if（Semaphore->Count==0） 

flag=PspWait（&Semaphore->WaitListHead,Milliseconds）; 

if（ReleaseCount>0）{ 

Semaphore->Count++; 

While（（!

ListIsEmpty（&Semaphore->WaitListHead））&&（ReleaseCount））{        PspWakeThread（&Semaphore->WaitListHead,STATUS_SUCCESS）;        PspThreadSchedule（）;        ReleaseCount--; 

} 

Semaphore->Count=Semaphore->Count+ReleaseCount; flag=STATUS_SUCCESS; } 

else printf（“Error ReleaseCount is negative!

”）;

2、截图

四、思考与练习

1、思考在ps/semaphore.c文件内的PsWaitForSemaphore和PsReleaseSemaphore函数中，为什么要使用原子操作？

可以参考本书第2章中的第2.6节。

答:

在执行等待信号量和释放信号量的时候，是不允许cpu响应外部中断的，如果此时cpu响应了外部中断，会产生不可预料的结果，无法正常完成原子操作。

2、绘制ps/semaphore.c文件内PsWaitForSemaphore和PsReleaseSemaphore函数的流程图。

五、实验总结

本次实验是验证类和设计类实验，使用EOS信号量编程解决了生产者消费者问题，对进程的同步有了更深入的了解。

我使用Java代码尝试写了线程的同步，和进程的同步有着很大的相同。

同时对进程同步的原理也有了很深的了解。

后面采用修改EOS的信号量算法，来支持超时唤醒功能。

实验六、时间片轮转调度

一、实验目的与要求 

1、 实验名称：

时间片轮转调度

2、 实验目的 

（1）调试EOS的线程调度程序，熟悉基于优先级的抢先式调度。

（2）为EOS添加时间片轮转调度，了解其它常用的调度算法。

3、实验类型：

设计并验证性实验 

4、实验内容 

（1）准备实验

（2）阅读控制台命令“rr”相关的源代码

（3）调试线程调度程序

（4）调试当前线程不被抢先的情况

（5）调试当前线程被抢先的情况

（6）为EOS添加时间片轮转调度

（7）修改线程时间片的大小

二、实验环境 

使用WINDOWS操作系统和OS Lab集成实验环境，涉及C语言等编程语言。

三、实验过程

1、算法以及实现代码：

算法：

存在设计步骤，需算法。

修改ps/sched.c文件中的PspRoundRobin函数（第337行），在其中实现时间片轮转调度算法。

实现代码：

VOIDPspRoundRobin（VOID）

{

if（NULL!

=PspCurrentThread&&Running==PspCurrentThread->State）

{PspCurrentThread->RemainderTicks--;

if（0==PspCurrentThread->RemainderTicks）{

PspCurrentThread->RemainderTicks=TICKS_OF_TIME_SLICE;

if（BIT_TEST（PspReadyBitmap,

PspCurrentThread->Priority））

{PspReadyThread（PspCurrentThread）;

}

}

}

2、截图

四、思考与练习

结合线程调度执行的时机，说明在ThreadFunction函数中，为什么可以使用“关中断”和“开中断”的方法来保护控制台这种临界资源。

一般情况下，应该使用互斥信号（MUTEX）来保护临界资源，但是在ThreadFunction函数中却不能使用互斥信号量，而只能使用“关中断”和“开中断”的方法，结合线程调度的对象说明这样做的原因。

答：

关中断后CPU就不会响应任何由外部设备发出的硬中断了，也就不会发生线程调度了，从而保证各个线程可以互斥的访问控制台。

这里不能使用互斥信号量保护临界资源的原因：

如果使用互斥信号量，则那些由于访问临界区而被阻塞的线程，就会被放入互斥信号量的等待队列，就不会在相应优先级的就绪列中了，而时间轮转调度算法是对就绪队列的线程进行轮转调度，而不是对这些被阻塞的线程进行调度，也就无法进行实验了。

使用“关中断”和“开中断”进行同步就不会改变线程的状态，可以保证那些没有获得处理器的线程都在处于就绪队列中。

五、实验总结

本次实验调试EOS的线程调度程序，熟悉了基于优先级的抢先式调度，并为EOS添加了时间片轮转调度，了解了其他常用的调度算法。

通过这次实验，我锻炼了动手实践的能力，拓展了知识面，更深度的了解了时间片轮转调度的原理以及实现机制，并能将其应用到实际操作当中。

实验八、分页存储器管理

一、实验目的与要求 

1. 实验名称：

分页存储器管理

2. 实验目的 

（1）学习i386处理器的二级页表硬件机制，理解分页存储器管理原理。

（2）查看EOS应用程序进程和系统进程的二级页表映射信息，理解页目录和页表的管理方式。

（3）编程修改页目录和页表的映射关系，理解分页地址变换原理。

3.实验类型：

验证性实验 

4.实验内容 

（1）准备实验

（2）查看EOS应用程序进程的页目录和页表

（3）查看应用程序进程和系统进程并发时的页目录和页表

（4）查看应用程序进程并发时的页目录和页表

（5）在二级页表中映射新申请的物理页

二、实验环境 

使用WINDOWS操作系统和OS Lab集成实验环境，涉及C语言等编程语言。

三、实验过程

1、算法

算法：

验证性实验，不需算法。

2、截图

四、思考与练习

思考页式存储管理机制的优缺点。

优点：

虚存量大，适合多道程序运行，用户不必担心内存不够的调度操作，动态页式管理提供反了内存与外存图图统一管理的虚存实现方式。

内存利用率高，不常用的页面尽量不留在内存。

不要求作业连续存放，有效的解决了内存碎片问题。

缺点：

要进行页面中断，缺页中断等处理，系统开销较大；

有可能产生“抖动”现象；

址变换机构复杂，一般采用硬件实现，增加了机器成本。

五、实验总结

通过操作系统试验，了解了操作系统的启动过程，运行方式，加深了对计算机操作系统的理解。

更深入的了解了处理器的二级页表硬件机制，理解了分页存储器管理原理。

通过查看进程中的二级页表映射信息，理解页目录和页表的管理方式。

扩展了自己的理论知识更增强了自己的动手能力。

实验十、磁盘调度算法

一、实验目的与要求 

1. 实验名称：

磁盘调度算法

2. 实验目的 

（1）通过学习EOS实现磁盘调度算法的机制，掌握磁盘调度算法执行的条件和时机。

（2）观察EOS实现的FCFS、SSTF和SCAN磁盘调度算法，了解常用的磁盘调度算法。

。

（3）编写CSCAN和N-Step-SCAN磁盘调度算法，加深对各种扫描算法的理解。

3.实验类型：

设计并验证性实验 

4.实验内容 

（1）准备实验

（2）验证先来先服务（FCFS）磁盘调度算法

（3）验证最短寻道时间优先（SSTF）磁盘调度算法

（4）验证SSTF算法造成的线程“饥饿”现象

（5）验证扫描（SCAN）磁盘调度算法

（6）改写SCAN算法

（7）编写循环扫描（CSCAN）磁盘调度算法

（8）验证SSTF、SCAN及CSAN算法中的“磁臂粘着”现象

（9）编写N-Step-SCAN磁盘调度算法

二、实验环境 

使用WINDOWS操作系统和OS Lab集成实验环境，涉及C语言等编程语言。

三、实验过程

1、算法

算法：

设计并验证性实验，需算法。

（1）改写SCAN算法

BOOLScanInside=TRUE;

PREQUEST

IopDiskSchedule（VOID

）

{

PLIST_ENTRYpListEntry;

PREQUESTpRequest;

PREQUESTINpNextRequest=NULL;

PREQUESTOUTpNextRequest=NULL;

LONGOffset;

ULONGInsideShortestDistance=0xFFFFFFFF;

ULONGOutsideShortestDistance=0xFFFFFFFF;

PREQUESTpNextRequest=NULL;

for

（pListEntry=RequestListHead.Next;

pListEntry!

=&RequestListHead;

pListEntry=pListEntry->Next）{

pRequest=CONTAINING_RECORD（pListEntry,REQUEST,ListEntry）;

Offset=pRequest->Cylinder-CurrentCylinder;

if

（0==Offset）{

pNextRequest=pRequest;

goto

RETURN;

}

elseif

（Offset>0&&Offset

InsideShortestDistance=Offset;

INpNextRequest=pRequest;

}

else

if

（Offset<0&&-Offset

OutsideShortestDistance=-Offset;

OUTpNextRequest=pRequest;

}

}

if

（ScanInside）

{

if

（INpNextRequest）

{return

INpNextRequest;

}

else

{

ScanInside=!

ScanInside;

return

OUTpNextRequest;

}

}

else

{

if

（OUTpNextRequest）

{return

OUTpNextRequest;

}

else

{

ScanInside=!

ScanInside;

return

INpNextRequest;

}

}

RETURN:

return

pNextRequest;

}

编写循环扫描（CSCAN）磁盘调度算法

PREQUEST

IopDiskSchedule（VOID）

{

PLIST_ENTRYpListEntry;

PREQUESTpRequest;

PREQUESTINpNextRequest=NULL;

PREQUESTOUTpNextRequest=NULL;

LONGOffset;

ULONGInsideShortestDistance=0xFFFFFFFF;

ULONGOutsideShortestDistance=0x00000000;

PREQUESTpNextRequest=NULL;

for

（pListEntry=RequestListHead.Next;

pListEntry!

=&RequestListHead;

pListEntry=pListEntry->Next）{

pRequest=CONTAINING_RECORD（pListEntry,REQUEST,ListEntry）;

Offset=pRequest->Cylinder-CurrentCylinder;

if（0==Offset）{

pNextRequest=pRequest;

gotoRETURN;

}

elseif（Offset>0&&Offset

InsideShortestDistance=Offset;

INpNextRequest=pRequest;

}

else

if（Offset<0&&-Offset>OutsideShortestDistance）{

OutsideShortestDistance=-Offset;

OUTpNextRequest=pRequest;}

}

if（INpNextRequest）

{

return

INpNextRequest;

}

else

{

return

OUTpNextRequest;

}

RETURN:

return

pNextRequest;

}

编写N-Step-SCAN磁盘调度算法

PREQUEST

IopDiskSchedule（VOID）

{

PLIST_ENTRYpListEntry;

PREQUESTpRequest