操作系统实验指导书4.docx

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操作系统实验指导书4

《计算机操作系统》

实验指导书

第四版

作者：

田卫东、刘晓平、李琳、孙晓

第一章实验预备

第一节概述

<<计算机操作系统>>是计算机科学与技术专业主要专业基础课程之一，以操作系统的基本概念，原理和重要算法为主要讲述内容。

由于教材侧重于从理论的角度来介绍现代操作系统的核心技术内容，长篇论述较多，因此课程内容深，难度大。

学生普遍反映本课程难学难懂，甚至有的学生认为学好本课的关键就是死记硬背，从而走向歧路。

由此可见，为课程设计一套完善的实验，将课程中的重点、难点内容通过实验直观地呈现在学生面前，达到操作系统理论和实际相结合，抽象原理和具体运用相结合，最终起到加快学生理解和掌握课程内容的目的。

正是在这种背景下，作者结合自己几年从事<<计算机操作系统>>课程教学的经验，精心撰写了这本操作系统实验指导书，并编写部分程序作为实验工具。

本实验指导书内容分实验预备、实验安排两部分。

实验预备介绍进入实验之前的预备知识和有关实验的总体概况，实验安排是本指导书主体部分，具体规定各实验的详细内容和要求。

目前本实验指导书安排实验6个，涵盖了操作系统的主要内容，如下所示：

实验一

DOS/Win2000/WinXP操作系统

实验二

进程调度算法

实验三

银行家算法

实验四

动态分区管理模拟

实验五

页面置换算法

实验六

UNIX磁盘空间管理方法：

成组链接法

第二节实验环境

一、操作系统环境

本课程实验的对象是操作系统，实验前必需准备好相应的操作系统软件。

由于操作系统软件的特殊性，无法象其它软件一样随时卸载和重装，因此从操作系统的应用范围、性能、价格和可获得性等因素出发，本指导书选择使用广泛的商业软件MS-DOS和Win2000/WinXP作为实验操作系统，其中MS-DOS为单用户单任务操作系统，而Win2000/WinXP为单用户多任务操作系统。

有条件的读者可以选用UNIX/LINUX/XENIX或其它主机系统作为实验环境。

二、编程环境

本书实验所用编程语言为C/C++语言。

如果操作系统平台为Win2000/WinXP，请使用MicrosoftVisualC++5.0，如为DOS，则请使用BorlandC/C++3.1或TurboC2.0.对于没有学过C/C++语言的同志，可选择BorlandTurboPascal4.0作为编程语言，选作可用pascal进行编程的实验。

下面仅介绍MicrosoftVisualC++5.0和BorlandC/C++3.1环境的使用方法。

（一）BorlandC/C++3.1

BorlandC/C++是美国Borland公司推出的系列编程语言之一，最初流行的版本为TurboC1.0/1.5/2.0，后来引入C++，改名为TurboC/C++1.0/2.0，BorlandC/C++3.0是完全基于MS-DOS环境的最后一个C/C++编程环境，具有强大的集程序编辑、编译、链接、调试、运行为一体的集成环境，因此使用非常方便。

1.启动BorlandC/C++3.1

单机环境下：

C:

\>CDBORLANDC

C:

\>BORLANDC

注意如果BorlandC/C++3.1安装的目录不是C:

\BORLANDC，应该使用相应的目录。

联网环境下：

需要先在NetWare网络上注册工作站，之后运行系统批处理程序：

F:

LOGIN>TC30（或TC31）

BorlandC/C++3.1集成环境如图所示。

2.BorlandC/C++3.1的集成环境

BorlandC/C++3.1集成环境包括主菜单，编辑窗口和热键区三部分。

主菜单位于屏幕的最上方，列出了集成环境的所有命令，命令分组列出，包括File,Edit,Search,Run,Compile,Debug,Project,Options,Window,Help等。

编辑窗口可以同时打开多个，每个窗口用于对一个源程序文件进行编辑，编辑窗口也可用来显示与当前程序有关的信息。

热键区列出了集成环境提供的热键，使用热键主要是为了省去查找菜单的麻烦，加快操作速度，每个热键所代表的功能都可以从菜单上找到。

常见的热键包括F1帮助，F2存盘，F3打开，Alt-F9编译等。

（1）常用编辑功能介绍

光标移动：

使用光标键←、↑、→、↓一次移动一个字符位置；

使用键Home将光标定位到本行行首，End键将光标定位到本行行末；

使用键PageUp向上翻一页，PageDown向下翻一页；

插入：

将光标定位到要插入字符的位置，保证当前编辑状态为插入态（使用Insert键在插入态和修改态之间切换），键入字符，字符就依次插入到光标所在位置，光标之后的字符将依次向后移动。

修改：

将光标定位到要插入字符的位置，保证当前编辑状态为修改态（使用Insert键在插入态和修改态之间切换），键入字符，光标之后的字符就依次被新键入的字符所修改。

删除：

删除光标之后的字符请按键Delete或Del；

删除光标之前的字符请按键Backspace；

删除光标所在行请按热键Ctrl-Y；

块定义

块是一段连续的字符串文本，BorlandC/C++编辑器可以块为单位来进行文本的拷贝、移动和删除操作。

一个块的定义包括块首和块尾的指定。

将光标移动到块首位置，按下Ctrl-K-B，定义块首；将光标移动到块尾位置，按下Ctrl-K-K，定义块尾；

块拷贝

定位光标到要放置块的地方，按下Ctrl-K-C，块的内容将被复制到此处。

块移动

定位光标到要放置块的地方，按下Ctrl-K-V，块的内容将被复制到此处，同时原来的块将被删除。

块删除

按下Ctrl-K-Y，删除块。

查找字符串

按下Ctrl-Q-F，在弹出的FindText窗口中输入要查找的字符串，并设置查找选项，按下OK按钮，编辑器就会定位光标到该字符串首次出现的位置。

按下Ctrl-L，编辑器定位光标到该字符串下一个出现的位置。

替换字符串

按下Ctrl-Q-A，在弹出的ReplaceText窗口中输入要被替换的字符串和替换后的字符串，并设置替换选项，按下OK按钮，编辑器就会开始替换字符串。

（2）项目（Project）管理

BorlandC/C++3.1与其早期版本不一样的地方是全面引入了程序开发的项目思想。

BorlandC/C++3.1将一套软件的开发称为一个项目，项目包括了一套软件开发所需的所有源程序、库文件和相关的编译、链接选项。

每个项目由一个项目文件来记录所有这些信息，因此使用BorlandC/C++3.1集成环境开发程序，首先需要建立一个新项目。

软件开发项目的引入使得对软件开发的管理变得较为容易，便于组织大型软件项目的开发。

3.BorlandC/C++3.1使用实例

下面示出一个简单程序的开发过程。

（1）启动BorlandC/C++3.1：

F:

LOGIN>TC30

（2）建立新项目

选择菜单：

Project->OpenProject

在弹出的对话框中输入项目文件名称Project1

（3）建立源程序文件

选择菜单：

File->New

在编辑窗口中输入下述内容：

#include

main（）

{

printf（"Hello,world."）;

}

将此文件存盘，名称为C:

\First.CPP

（4）将刚建立的源程序加入到项目Project1

激活项目窗口，按键Insert，在弹出的AddToProjectList窗口中，输入文件C:

\First.CPP，按OK按钮结束。

（5）编译链接

按键F9；

（6）运行

按键Ctrl-F9；

（7）调试

如果程序运行出错，可以使用BorlandC/C++强大的调试功能进行调试。

方法如下：

a.设置断点移动光标到怀疑出错的程序行，按Ctrl-F8设置断点；

b.执行程序按下Ctrl-F9执行程序，程序执行到设置了断点的语句处会停下来；

c.查看变量值按下Ctrl-F7，输入变量名，将该变量放入观察窗口，检验其值；

d.程序继续执行按下Ctrl-F9继续执行程序；

e.反复执行a~d，直至程序运行正常为止。

4.退出BorlandC/C++3.1

选择菜单File->Quit或用热键Alt-X退出集成环境。

（二）MicrosoftC/C++5.0/6.0

MicrosoftVisualC/C++可以开发不同类型的程序，读者应根据自己的实际情况选择应用程序类型。

熟悉Windows编程的可选MFCAppWizard（exe），不熟悉的请选用Win32ConsoleApplication。

MicrosoftVisualC/C++的使用较复杂，详细的使用方法请参见有关书籍和联机帮助。

下面仅简单介绍使用一下利用MicrosoftVisualC/C++5.0/6.0开发Win32ConsoleApplication应用程序的过程。

1.启动MicrosoftVisualC/C++5.0/6.0

双击图标：

MicrosoftVisualC/C++5.0/6.0

或选择菜单：

MicrosoftVisualC/C++5.0/6.0

2.建立新项目Exp1

选择菜单：

File->New

弹出对话框见图：

选择页面标签：

Project。

选择应用程序类型：

Win32ConsoleApplication

选择项目位置：

C:

\TEMP

输入应用程序名称：

Exp1

点击OK按钮，VC系统自动产生一个新项目Exp1；

3.建立源程序maic.cpp：

选择菜单：

File->New

弹出对话框见上图。

选择页面标签：

Files。

选择文件类型：

C/C++SourceFile

选择项目位置：

C:

\TEMP

输入文件名：

main

注意选择AddToProject标签，在其前面添加“”符号。

点击OK按钮，VC系统自动产生一个新文件main.cpp，并将其加入项目Exp1中；

4.编辑源程序

在窗口main.cpp中，键入如下程序代码：

#include"iostream.h"

main（）

{

inti,j;

cout<<"输入数i：

";

cin>>i;

cout<<"输入数j：

";

cin>>j;

cout<<"输入结果为：

";

cout<

}

选择菜单File->SaveAll存盘。

5.编译、链接

选择菜单Build->RebuildAll

强迫编译链接本项目所有的源程序。

6.运行

按Ctrl-F5或选择相应菜单运行应用程序。

7.调试

程序执行如果出现错误，可以使用VC进行调试，方法如下。

a.设置程序断点移动光标到需要查看中间结果的语句，单击鼠标右键，并从弹出的菜单上选择Insert/RemoveBreakpoint，VC将在该行前加符号。

b.进入调试状态按F5执行程序，程序将在设置了断点的语句前停下来。

c.查看变量的值移动鼠标到要查看的变量上方，略停一会，该变量的值会自动显示出来。

d.继续执行程序按F10/F11/F5继续执行程序。

第二章实验安排

实验一DOS/Win2000/WinXP操作系统

一、实验目的

DOS和Windows2000/XP是目前使用广泛的桌面操作系统，本实验的目的就是让读者从操作系统理论的观点来重新认识它们，从而加深对教材上有关内容的理解。

二、实验原理

（一）MS-DOS简介

MS-DOS是Microsoft公司80年代初推出的单用户单任务操作系统，由于性能和移植性较好，因此应用范围非常广。

MS-DOS是采用字符界面的操作系统，人机接口为命令行界面。

没有进程的并发执行能力，但允许多个进程同时驻留在内存中，也允许进程创建自己的子进程，父子进程之间采用串形方式执行。

MS-DOS的内存管理较简单，类似于分区分配管理，但没有虚拟存储器能力，应用程序的长度受640K内存的限制。

MS-DOS的文件系统使用FAT系统，仅有简单的文件保护功能。

实际上从现代操作系统理论的来看，MS-DOS不能算是一个现代化的操作系统，但正因为他简单，所以也便于我们在其上进行一些其它操作系统所不允许的操作，如直接操作计算机硬件等。

目前，单独使用MS-DOS的计算机已经很少，读者可以使用Win2000/XP的MS-DOS盒应用程序来进入MS-DOS模拟环境。

（二）Win2000/WinXP简介

MicrosoftWindows2000/XP是Microsoft公司90年代中后期推出的单用户多任务操作系统，由于具有良好的用户界面，强大的连网和多媒体功能，因而成为当前最流行的桌面操作系统。

Win2000/XP的用户界面为GUI，即图形用户界面，使用图形图象作为计算机和人之间的信息交流手段。

用户无需记忆大量的命令及格式，使用较方便。

Win2000/WinXP具有相当完善的多进程并发执行能力，而且在内核级直接支持线程，可实现线程间的并发执行。

Win2000/WinXP的线程消耗资源较少，通过增加线程的并发数目，可以有效地增强计算机的处理能力。

Win2000/WinXP的内存管理功能较复杂，实现了教材上介绍的页式和段式存储管理功能，具有强大的虚拟存储能力。

应用程序不再有640K的大小限制，即使在小内存机器上也可运行大型的应用程序。

Win2000/WinXP的文件系统仍然使用FAT系统。

新型FAT32文件系统使用4个字节来标志一个磁盘簇，磁盘簇的总数可达232（4G）个。

目前硬盘的容量均在2000G以下，因此可以一个簇代表一个磁盘扇区，大大减少磁盘存储空间的分配粒度，提高磁盘的利用率。

新型FAT文件系统还支持长文件名，可以给文件起一个更具描述性的名称，方便使用。

（三）进程查看程序：

PPview.exe

进程查看程序能列出当前Windows环境下正在执行的进程和线程信息，包括进程和线程的标志符、名称、文件名、执行时间、优先级等信息。

其用户界面参见下图：

（四）多进程并发演示程序：

MultiProc.exe

多进程并发演示程序向我们展示了Windows环境下的多线程特征。

该应用程序提供三种线程，一种线程在窗口中画直线，一种画填充的矩形，还有一种画填充的圆形。

每一种线程可以以任意数目同时运行。

有兴趣的读者可以同时执行上千个线程，以检测一下自己计算机性能的极限。

下图是该程序某时刻的运行状态。

（五）进程/线程优先级和互斥演示程序：

PPriority.exe

本程序用于演示Windows环境下进程/线程的互斥和优先级特征。

程序内部提供两个线程，两个线程共享变量count；一个线程用于计算数，总是执行count++；另一个线程用于显示该数，总是将count变量转换为字符串并添加到结果列表框中；下图是该程序在某时刻的运行状态。

三、实验内容

（一）MS-DOS的命令接口

熟悉md,cd,rd,copy,move,del,deltree,type等常见DOS命令的使用

a.在当前目录下建立子目录MYTEMP和MYTEMP2，将当前目录设定为MYTEMP；

b.在当前目录下创建新文件B.BAT，其内容为：

清除屏幕内容，显示当前DOS版本号；

c.使用type命令显示B.BAT的内容，检查正确后，执行它；

d.拷贝B.BAT到路径MYTEMP2中；

d.删除MYTEMP2中的文件B.BAT，删除目录MYTEMP2

e.使用deltree命令删除MYTEMP

（二）MS-DOS的进程管理

1.运行编辑程序EDIT，可以同时再运行其它命令（如DIR）吗？

2.执行如下管道和换向命令：

a.C:

\>dir>dir.lst

b.C:

\>typedir.lst|more

c.C:

\>dir|FIND"