《计算机操作系统》实验指导书.docx

1、计算机操作系统实验指导书计算机操作系统实验指导书实验一 进程同步控制【开发语言及实现平台或实验环境】C+/JAVATurbo C / Microsoft Visual Studio 6.0 / Microsoft Visual Studio .NET 2010【实验目的】（1）加强对进程概念的理解,尤其是对进程的同步与互斥机制的理解。（2）分析进程竞争资源的现象，学习解决进程互斥与同步的方法。【实验内容】编程模拟实现生产者-消费者进程。【实验要求】（1）理解利用进程控制机制；（2）理解利用信号量进行进程同步控制原理；（3）使用某种编程语言进行模拟实现生产者-消费者进程。【实验原理】（注意：这个

2、仅是个例子，仅供参考）生产者-消费者问题描述的是：有一群生产者进程在生产产品，并将这些产品提供给消费者进程去消费。为使生产者进程与消费者进程能够并发执行，在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程将它所生产的产品放入一个缓冲区中；消费者进程可以从一个缓冲区中取走产品去消费。尽管所有的生产者和消费者进程都是以异步方式运行的，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品；也不允许生产者进程向一个已经装满产品的缓冲区中投放产品。这是一个同步与互斥共存的问题。生产者消费者问题是一个同步问题。即生产者和消费者之间满足如下条件：(1) 消费者想接收数据时，有界缓冲区中至少有

3、一个单元是满的。(2) 生产者想发送数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是空的。故设置两个信号量：(1) empty：说明空缓冲区的数目，初值为有界缓冲区的大小N。 (2) full：说明已用缓冲区的数目，初值为。由于有界缓冲区是临界资源，因此，各生产者进程和各消费者进程之间必须互斥执行。故设置一个互斥信号量mutex，其初值为。 【实验步骤】 参考实验代码如下：class QString name;int num=0;int size=10;class Producer implements RunnableQ q;Producer(Q q)this.q = q;this.q.name=pro

4、ducer;public void run()while(true)synchronized(q)if(q.num0)System.out.println(consumer要消费第：+q.num+个产品!);q.num-;try Thread.currentThread().sleep(100); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace();q.notifyAll();elsetry System.out.println(consumer stop!);q.wait(); catch (InterruptedException e) e

5、.printStackTrace();public class projectpublic static void main(String args)Q q = new Q();new Thread(new Producer(q).start();new Thread(new Consumer(q).start();实验二 进程调度实验【开发语言及实现平台或实验环境】C+/JAVATurbo C / Microsoft Visual Studio 6.0 / Microsoft Visual Studio .NET 2010【实验目的】（1）加深对进程的概念及进程调度算法的理解；（2）在了解和

6、掌握进程调度算法的基础上，能编制出进程调度算法通用程序。【实验内容】编程实现进程调度算法，最少实现两种算法，比较算法的优劣，并将调试结果显示在计算机屏幕上，并检测机算和笔算的一致性。【实验要求】（1）了解进程调度；（2）理解利用进程调度算法进行调度的原理；（3）使用某种编程语言进行算法模拟。【实验原理】（注意：这个仅是个例子，可以参考本例，选择其他算法进行实验）一、 例题：设计一个有N个进程的进程调度算法。进程调度算法：采用最高优先数的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）。每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用C

7、PU时间、进程状态等等。进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为的指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为进程的输入的时间。进程的运行时间以时间片为单位进行计算。每个进程的状态可以是就绪W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。就绪进程获得CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1表示。如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤销该进程，如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间还未达到所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应该将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。每进行一次调度程

8、序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的PCB，以便进行检查。重复以上过程，直到所要的进程都完成为止。分析:使用固定队列与静动态优先级结合每个优先级为00xFF,并且以小的数字为高优先级，大的数字为低优先级，每次皆使用循环得到最高优先级的进程并执行，然后将其动态优先级设置为最低，并将其他进程动态优先级提高，以使得每个进程都有机会运行。进程的优先级与运行时间由随机数产生。二、 代码试例#include #include #include /*常量和状态定义*/#define PRO_NUM 0x05#define MAX_TIME 0xFF /*状态宏*/#define WAIT 0x01

9、#define RUN 0x02#define FINISH 0x03#define ID_ERROR 0x10#define MIN_PRIOR 0xFF#define MAX_PRIOR 0x00typedef unsigned int Uint32;/*进程PCB*/struct PCB_Info Uint32 s_id; Uint32 s_static_prior; Uint32 s_dynamic_prior; Uint32 s_start_time; Uint32 s_need_time; Uint32 s_used_time; Uint32 s_state;/*进程队列*/PCB

10、_Info g_queue5;Uint32 g_time;/*模拟进程执行函数*/void Simulator();/*初始化5个进程函数*/void Init_Process();/*初始化进程队列函数*/void Init_Queue();/*创建进程函数*/Uint32 Create_Process(Uint32 pri,Uint32 needtime);/*系统运行函数*/void Run_Process();/*得到最高优先级进程 ID函数*/Uint32 Get_PriProcess();/*进程时间片执行函数*/void Work_Process(Uint32 id);/*改变进

11、程状态和优先级函数*/void Change_Process(Uint32 id);/*打印进程状态函数*/void Print_State();/*结束系统函数*/void End_Process();/*入口函数*/int main( int argc, char *argv ) Simulator(); return 0;void Simulator() Init_Process(); Run_Process(); End_Process();void Init_Process() int i; Uint32 id; srand( (unsigned)time( NULL ) ); In

12、it_Queue(); for(i=0;iPRO_NUM;+i) /*在这里修改随机数的范围，建议优先级取值为0到4之间，进程工作总时间为1到10之间*/ id=Create_Process(rand()%4,1+rand()%10); if(id!=ID_ERROR) printf(*n); printf(创建进程成功n); printf(进程ID号为:%dn,id); printf(进程的静态优先权为:%dn,g_queueid.s_static_prior); printf(进程的动态优先权为:%dn,g_queueid.s_dynamic_prior); printf(进程的到达时间为

13、:%dn,g_queueid.s_start_time); printf(进程需要时间为:%dn,g_queueid.s_need_time); printf(进程已用CPU时间为:%dn,g_queueid.s_used_time); printf(进程的状态为:%dn,g_queueid.s_state); printf(n); else printf(创建进程失败n); void Init_Queue() int i; for(i=0;iPRO_NUM;+i) g_queuei.s_id=i; g_queuei.s_dynamic_prior=MIN_PRIOR; g_queuei.s_

14、need_time=0; g_queuei.s_start_time=0; g_queuei.s_static_prior=MIN_PRIOR; g_queuei.s_used_time=0; g_queuei.s_state=FINISH; Uint32 Create_Process(Uint32 pri,Uint32 needtime) int i=0; Uint32 id=ID_ERROR; for(i=0;iPRO_NUM;+i) if(g_queuei.s_state=FINISH) id=g_queuei.s_id; g_queuei.s_dynamic_prior=MIN_PRI

15、OR; g_queuei.s_need_time=needtime; g_queuei.s_start_time=g_time; g_queuei.s_state=WAIT; g_queuei.s_static_prior=pri; g_queuei.s_used_time=0x0; break; return id;void Run_Process() Uint32 id; while(id=Get_PriProcess()!=ID_ERROR) Work_Process(id); Change_Process(id); void Print_State() int i; printf(时间

16、 进程IDt状态 已用时间 需要时间 开始时间 静优先级 动优先级n); for(i=0;iPRO_NUM;+i) printf(%dt%dt%dt%dt%dt%dt%dt%dn,g_time,g_queuei.s_id,g_queuei.s_state,g_queuei.s_used_time,g_queuei.s_need_time, g_queuei.s_start_time,g_queuei.s_static_prior,g_queuei.s_dynamic_prior); Uint32 Get_PriProcess() Uint32 id=ID_ERROR; int i,prev_i

17、d=ID_ERROR; Uint32 prior=MIN_PRIOR*2,temp_prior; for(i=0;iPRO_NUM;+i) if(g_queuei.s_state!=FINISH) temp_prior=g_queuei.s_dynamic_prior+g_queuei.s_static_prior; if(temp_prior=prior) id=i; prior=temp_prior; return id;void Work_Process(Uint32 id) +g_time; g_queueid.s_state=RUN; +g_queueid.s_used_time;

18、Print_State();void Change_Process(Uint32 id) int i; if(g_queueid.s_need_time=g_queueid.s_used_time) g_queueid.s_state=FINISH; else g_queueid.s_dynamic_prior=MIN_PRIOR; g_queueid.s_state=WAIT; for(i=0;i0?-g_queuei.s_dynamic_prior:g_queuei.s_dynamic_prior=0; void End_Process() printf(所有进程结束状态:n); Prin

19、t_State(); printf(所有进程已经结束!n);实验三 银行家算法模拟【开发语言及实现平台或实验环境】C+/JAVATurbo C / Microsoft Visual Studio 6.0 / Microsoft Visual Studio .NET 2010【实验目的】（1）理解利用银行家算法避免死锁的问题；（2）在了解和掌握银行家算法的基础上，编制银行家算法通用程序。（3）理解和掌握安全序列、安全性算法【实验内容】编程实现银行家算法，能从屏幕完成资源的手动申请，算法执行结果的及时反馈等，并将调试结果显示在计算机屏幕上，并检测机算和笔算的一致性。【实验要求】（1）了解和理解死锁

20、；（2）理解利用银行家算法避免死锁的原理；（3）使用某种编程语言模拟该算法。【实验原理】一、安全状态指系统能按照某种顺序如(称为序列为安全序列)，为每个进程分配所需的资源，直至最大需求，使得每个进程都能顺利完成。 二、银行家算法假设在进程并发执行时，进程i提出请求j类资源k个后，表示为Requestij=k。系统按下述步骤进行安全检查：（1）如果RequestiNeedi则继续以下检查，否则显示需求申请超出最大需求值的错误。（2）如果RequestiAvailable则继续以下检查，否则显示系统无足够资源，Pi阻塞等待。（3）系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值： Ava

21、ilablej=Availablej-Requestij; Allocationi,j=Allocationi,j+Requestij; Needi,j=Needi,j-Requestij; （4）系统执行安全性算法，检查此次资源分配后，系统是否处于安全状态。若安全，才正式将资源分配给进程Pi，以完成本次分配；否则， 将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。三、安全性算法（1）设置两个向量： 工作向量Work: 它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work=Available; Finish: 它表示系统是否有足够的资源

22、分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finishi=false; 当有足够资源分配给进程时， 再令Finishi=true。（2）从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程： Finishi=false; Needi,jWorkj； 若找到， 执行步骤(3)， 否则，执行步骤(4)。（3）当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行： Workj= Worki+Allocationi,j; Finishi= true; go to step 2; （4）如果所有进程的Finishi=true都满足， 则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。【实验步骤】

23、参考实验步骤如下：（1）参考下图流程编写安全性算法。（2）编写统一的输出格式。 每次提出申请之后输出申请成功与否的结果。如果成功还需要输出变化前后的各种数据，并且输出安全序列。（3）参考下图所示流程图编写银行家算法。（4）编写主函数来循环调用银行家算法。示例：（注意：这个仅是个例子，可以参考本例，选择其他算法进行实验）#include int main() int claim53=7,5,3,3,2,2,9,0,2,2,2,2,4,3,3;/各线程最大需求量 int allocation53=0,1,0,2,0,0,3,0,2,2,1,1,0,0,2;/各线程已分配资源 int i,j,k,l

24、=0,count=0,m=0; int C_A53=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;/各进程仍需要的各类资源 int result5=-1,-1,-1,-1,-1;/存放预分配成功的线程 int currentavail3=3,3,2;/当前可分配资源 printf(银行家总共拥有的各类资源的总数：n A B Cn 10 5 7n); printf(银行目前仍剩下的各类资源的数量：n A B Cn 3 3 2n); printf(各进程对各类资源的最大需求量：n A B Cn); for(i=0;i5;i+) printf(P%d: ,i); for(j=0;j3;

25、j+) printf( %d ,claimij); C_Aij=claimij-allocationij; printf(n); printf(各进程已分配到的各类资源：n A B Cn); for(i=0;i5;i+) printf(P%d: ,i); for(j=0;j3;j+) printf( %d ,allocationij); printf(n); printf(各进程仍需的各类资源数量：n A B Cn); for(i=0;i5;i+) printf(P%d: ,i); for(j=0;j3;j+) printf( %d ,C_Aij); printf(n); while(resultl=-1)/ for(k=0;k5;k+) if(resultk=-1) for(j=0;j3;j+)/判断各线程对各资源仍需量是否小于当前可分配资源总量,此量为正数才正常 if(C_Akj=0) /把满足条件的进程的已分配资源加到当前可分配资源中 currentavailj=currentavailj+allocationkj; m+; if(m=3) resultl=k;/只有ABC三类资源都满足才把相应的线程记入数组result中 m=0; else break;/否则退出循环,打印系统不安全 l+; for(i=0;il;i+) if(resulti!=-1) print