操作系统实验指导书

1、操作系统原理实验指导书吴微编、八冃U 言1实验总体目标通过学生自己动手设计实验验证理论知识，使学生掌握操作系统特征和功能，掌握不同调度算法下进程的调度、进程控制、进程调度与死锁，并必须掌握作业管理、存储 器管理、设备管理和文件管理的主要原理。加深对操作系统基本原理理解。2. 适用专业计算机科学与技术3. 先修课程C语言程序设计、计算机组成原理、数据结构4.实验课时分配实验项目学时实验一单处理器系统的进程调度2实验二设计一个有 N个进程共行的进程调度程序。4实验三批处理系统中作业调度2实验四银行家算法4实验五LRU页面置换调度算法4实验六 独占设备的分配和回收模拟45. 实验环境有40台中等配置

2、的计算机组成的小型局域网的实验室环境。计算机的具体要求：1. Pentium 133Hz 以上的 CPU 2建议至少 256MB的内存；3建议硬盘至少2GB并有1GB空闲空间。4.安装Windows操作系统及C语言编译程序。6. 实验总体要求培养计算机专业的学生的系统程序设计能力，是操作系统课程的一个非常重要的环节。通过操作系统上机实验，可以培养学生程序设计的方法和技巧，提高学生编制清晰、合理、可读性好的系统程序的能力，加深对操作系统课程的理解。使学生更好地掌 握操作系统的基本概念、基本原理、及基本功能，具有分析实际操作系统、设计、构造 和开发现代操作系统的基本能力。7. 本实验的重点、难点及

3、教案方法建议重点：理解进程调度中 PCB的设计，以实现对进程的调度。难点：进程调度程序的设计，设备管理程序的设计。教案方法建议：力争在本指导书的帮助下，独立设计程序以加深理解。目录实验一、单处理器系统的进程调度5实验二设计一个有 N 个进程共行的进程调度程序。10实验三批处理系统中作业调度15实验四银行家算法18实验五LRU页面置换调度算法25实验六独占设备的分配和回收模拟29实验一单处理器系统的进程调度、实验目的模拟单处理器系统的进程调度，采用动态优先权的进程调度算法作为进程设计算 法，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解.二、实验类型 含验证型、设计型或综合型）设计型三、实验仪器一台安装

4、Windows操作系统及C语言编译程序的 pc机。四、实验原理五、实验方法与步骤一）内容：1）用C语言实现对N个进程使用动态优先权算法的进程调度。2）描述用来标识进程的进程控制块PCB结构。进程标识数ID进程优先数 PRIORITY,并规定优先数越大的进程，其优先权越高人为指定或随机数）。进程已占用的 CPU时间CPUTIME进程还需占用的 CPU时间ALLTIME当进程运行完毕 ALLTIME是为0。进程的阻塞时间 STARTBLOCK表示当进程再运行 STARTBLOC个时间片 后，进程将进入阻塞状态。进程被阻塞的时间 BLOCKTIME表示已阻塞的进程再等待BLOCKTIME个时间片后将

5、转换成就绪状态。进程状态STATE队列指针NEXT用来将PCB排成队列。3）手工输入建立几个进程，建立一个就绪队列，按优先数由高到低排列。4）进行进程调度5）每进行一次调度程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，直到所要进程都完成为止。/* 进程调度函数 */int i 。if (ready.head=-1 /* 空闲进程控制块队列为空，退出 */ printf(无就绪进程 n 。returni=ready.head。 /* 就绪队列头指针赋给 i*/。 /* 就绪队列头指针后移 */ready.head=pcbareaready.head.next

6、if(ready.head=-1ready.tail=-1。 /* 就绪队列为空，修正尾指针pcbareai.status=running。 /* 修改进程控制块状态 */TIME=sometime 。 /* 设置相对时钟寄存器 */* 恢复该进程现场信息： */AX=pcbarearun.ax。BX=pcbarearun.bx。CX=pcbarearun.cx。DX=pcbarearun.dx。PC=pcbarearun.pc。PSW=pcbarearun.psw 。/* 修改指向运行进程的指针 */run=i 。/* 进程调度函数结束 */create( int x/*创建进程 */int

7、 i 。if(pfree=-1 /*空闲进程控制块队列为空 */printf( 无空闲进程控制块，进程创建失败 n 。return 。i=pfree。 /* 取空闲进程控制块队列的第一个 */pfree=pcbareapfree.next。 /*pfree 后移 */* 填写该进程控制块内容： */ =x 。pcbareai.status=aready 。pcbareai.ax=x。ready.tail*/pcbareai.bx=x。pcbareai.cx=x。pcbareai.dx=x。pcbareai.pc=x。pcbareai.psw=x 。if(ready.h

8、ead!=-1/* 就绪队列不空时，挂入就绪队列方式 */ pcbareaready.tail.next=i 。ready.tail=i 。pcbareaready.tail.next=-1 。else/* 就绪队列空时 , 挂入就绪队列方式： */ ready.head=i。ready.tail=i。pcbareaready.tail.next=-1 。 /* 进程创建函数结束 */main( /* 系统初始化 */int num,i,j 。run=ready.head=ready.tail=block=-1 。pfree=0。for(j=0。jpcbareaj.next=j+1。pcbar

9、ean-1.next=-1。10个进printf(输入进程编号 (避免编号的冲突 ,以负数输入结束 , 最多可以创建scan f(%d,&n um。while( num0create( num。scan f(%d,&n um。sheduli ng( 。if(run !=-1printf(进程名 进程状态 寄存器内容:ax bx cx dx pc psw:n。prin tf(%4d%10d %3d%3d%3d%3d%3d%3dn,pcbarearu n. name,pcbarear un .status,pcbarear un .ax, pcbarear un .bx,pcbarear un .

10、cx,pcbarear un .dx, pcbarear un .pc, pcbarear un .psw。/*main( 结束 */六、注意事项因为程序长而且有难度，所以在设计实验时，要细心，多次调试。七、思考题实验二设计一个有N个进程共行的进程调度程序。一、实验目的用高级语言编写和调试一个进程调度程序，以加深对进程的概念及进程调度算法的 理解。二、实验类型 含验证型、设计型或综合型)设计型三、实验仪器一台安装Windows操作系统及C语言编译程序的pc机四、实验原理五、实验方法与步骤一）内容：进程调度算法：采用最高优先数优先的调度算法即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算。每个进

11、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CPU寸间、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地指定也可以由随机数产生）。进程的到达时间为进程输入的时间。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WWait）、运行 RRun、或完成 FFinish ）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来表示。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，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用 CPU时间还未达所需要的运行时间，也就 是进程

12、还需要继续运行，此时应将进程的优先数减 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，直到所要进程都完成为止。 二）参考程序：#include #include #include #define getpch（type （type*malloc（sizeof（type#define NULL 0struct PCB /* 定义进程控制块 PCB */char name10 。char state 。int super 。int ntime 。int rtime 。struct PCB* li

13、nk 。*ready=NULL,*p 。 typedef struct PCB 。sort( /* 建立对进程进行优先级排列函数 */PCB *first, *second。, 插入队首 */,*/int insert=0 。if(ready=NULL|(p-super(ready-super /* 优先级最大者 p-link=ready 。 ready=p 。else /* 进程比较优先级 , 插入适当的位置中 */ first=ready 。 second=first-link 。 while(second!=NULLif(p-super(second-super /* 若插入进程比当前进

14、程优先数大 /* 插入到当前进程前面 */ p-link=second 。first-link=p 。 second=NULL。insert=1 。else /* 插入进程优先数最低 ,则插入到队尾 */ first=first-link 。 second=second-link 。 if(insert=0 first-link=p 。input( /* 建立进程控制块函数 */ int i,num 。/clrscr( 。 /* 清屏 */ printf(n 请输入进程号 ? 。 scanf(%d,&num 。for(i=0 。 iprintf(n 进程号 No.%d:n,i 。 p=getp

15、ch(PCB 。printf(n 输入进程名 : 。 scanf(%s,p-name 。printf(n 输入进程优先数 : 。 scanf(%d,&p-super 。printf(n 输入进程运行时间 : 。 scanf(%d,&p-ntime 。printf(n 。p-rtime=0 。 p-state=w 。 p-link=NULL 。sort( 。 /* 调用 sort 函数 */int space(int l=0 。 PCB* pr=ready 。 while(pr!=NULL l+ 。pr=pr-link 。return(l 。disp(PCB * pr /* 建立进程显示函数 ,

16、 用于显示当前进程 */printf(n qname t state t super t ndtime t runtime n 。 printf(|%st,pr-name 。printf(|%ct,pr-state。printf(|%dt,pr-super。printf(|%dt,pr-ntime。printf(|%dt,pr-rtime。printf(n 。check( /* 建立进程查看函数 */PCB* pr 。printf(n * 当前正在运行的进程是 :%s,p-name 。 /* 显示当前运行进程 */ disp(p 。pr=ready 。printf(n * 当前就绪队列状态为

17、:n 。 /* 显示就绪队列状态 */while(pr!=NULL disp(pr 。 pr=pr-link 。 destroy( /* 建立进程撤消函数 (进程运行结束 ,撤消进程 */printf(n 进程 %s 已完成 .n,p-name 。 free(p 。running( /*建立进程就绪函数 (进程运行时间到 ,置就绪状态 */(p-rtime+ 。 if(p-rtime=p-ntime destroy( 。 /* 调用 destroy 函数 */ else(p-super- 。 p-state=w 。sort( 。 /* 调用 sort 函数 */ main( /* 主函数 */

18、int len,h=0 。 char ch 。 input( 。len=space( 。 while(len!=0&(ready!=NULL ch=getchar( 。h+。printf(n The execute number:%d n,h 。 p=ready 。ready=p-link 。 p-link=NULL 。 p-state=R 。check( 。 running( 。printf(n 按任一键继续 。ch=getchar( 。printf(nn进程已经完成.n 。ch=getchar( 。六、注意事项因为程序长而且有难度，所以在设计实验时，要细心，多次调试。七、思考题实验三批处理

19、系统中作业调度一、实验目的模拟批处理系统中的作业调度，以加深对作业调度的概念的理解.二、实验类型 含验证型、设计型或综合型)设计型三、实验仪器一台安装Windows操作系统及C语言编译程序的pc机四、实验原理五、实验方法与步骤#i nclude #in clude char n ame4 int len gth int prin ter int tape int run time int waittime struct jcb *n exttypedef struct jcb。/*作业名*/。/*作业长度，所需主存大小*/。/*作业执行所需打印机的数量*/*作业执行所需磁带机的数量*/。/*作

20、业估计的执行时间*/*/。/*作业在输入井中的等待时间*/。/*指向下一个作业控制块的指针JCB。/*作业控制块类型定义*/JCB *head。/*作业队列头指针定义*/int tape,pri nter。long memory。shedule( /*作业调度函数*/ float xk,k 。JCB *p,*q,*s,*t 。dop=head。s=NULL。q=NULL。k=0 。while(p!=NULLif(p-lengthtapeprinter/* 系统可用资源是否满足作业需求 */ xk=(float(p-waittime/p-runtime 。p 的响应if(q=NULL|xkk/*

21、 满足条件的第一个作业或者作业 q 的响应比小于作业k=xk。 /* 记录响应比 */q=p。t=s。/*if*/*if*/s=p 。p=p-next 。/* 指针 p 后移 */*while*/if(q!=NULLif(t=NULL/* 是作业队列的第一个 */head=head-next。elset-next=q-next。/* 为作业 q 分配资源：分配主存空间；分配磁带机。分配打印机。 */ memory=memory-q-length 。tape=tape-q-tape 。printer=printer-q-printer 。printf( 选中作业的作业名： %sn,q-name

22、。while(q!=NULL 。/* 作业调度函数结束 */main( int i。char name4 。int size,tcount,pcount,wtime,rtime。JCB *p 。/* 系统数据初始化 */memory=65536 。tape=4 。printer=2。head=NULL。printf( 输入作业相关数据 ( 以作业大小为负数停止输入 ：n 。/*输入数据，建立作业队列 */printf( 输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间scanf(%s%d%d %d %d %d,name,&size,&tcount,&pcount,&wtime,

23、&rtime while(size!=-1/*创建 JCB*/p=(JCB*malloc(sizeof(JCB 。/*填写该作业相关内容 */strcpy(p-name,name 。p-length=size。p-printer=pcount。p-tape=tcount。p-runtime=rtime 。p-waittime=wtime。/* 挂入作业队列队首： */p-next=head 。head=p 。/* 输入一个作业数据 */printf( 输入作业名、作业大小、磁带机数、打印机数、等待时间、估计执行时间scanf(%s%d%d%d%d%d,name,&size,&tcount,&p

24、count,&wtime,&rtime 。 /*while*/shedule( 。 /* 进行作业调度 */*main( 结束 */六、注意事项因为程序长而且有难度，所以在设计实验时，要细心，多次调试。七、思考题实验四 银行家算法一、实验目的银行家算法是死锁避免常采取的算法，是一种通过探测来决定是否资源分配的安全 算法。通过对该算法的模拟体会对设备安全分配的策略。二、实验类型 int i=0,j=0。char flag=Y 。void showdata(。void changdata(int。void rstordata( chkerr(int。showdata( 。while(

25、flag=Y|flag=yi=-1 。while(i=Mcout请输入需申请资源的进程号从0到M-1i 。if(i=Mcout输入的进程号不存在，重新输入 !endl 。cout 请输入进程 i 申请的资源数 endl 。for (j=0。 jcout资源jRequestj。if(RequestjNEEDijcout 进程i申请的资源数大于进程i还需要j类资源的资源量 ! 。cout 申请不合理，出错 ! 请重新选择 !endlAVAILABLEjcout 进程i申请的资源数大于系统可用j类资源的资源量!。cout 申请不合理，出错 ! 请重新选择 !endlchangdata(i。if(ch

26、kerr(irstordata(i。showdata(。elseshowdata(。elseshowdata(。coutendl。coutflag 。void showdata(系统可用的资源数为 :endlendlint i,jcoutcout for (j=0。jcout 资源j: AVAILABLEjcoutendl 。/ coutendl 。/ cout各进程资源的最大需求量 :endlendl 。/ for (i=0。 i/ / cout进程 i:。/ for (j=0。jcout 资源j: MAXij/ coutendl。/ coutendl 。cout各进程还需要的资源量 :en

27、dlendl 。for (i=0。 icout 进程 i:。for (j=0。 jcout 资源 j: NEEDij。coutendl 。coutendl 。cout 各进程已经得到的资源量 : endlendl 。for (i=0。 icout 进程 i:。for (j=0。 jcout 资源 j: ALLOCATIONijcoutendl 。coutint j 。for (j=0。jAVAILABLEj=AVAILABLEj-Requestj。ALLOCATIONkj=ALLOCATIONkj+Requestj 。NEEDkj=NEEDkj-Requestj。void rstordata(

28、int kint j。for (j=0。 jAVAILABLEj=AVAILABLEj+Requestj。ALLOCATIONkj=ALLOCATIONkj-Requestj 。NEEDkj=NEEDkj+R chkerr(int sint WORK,FINISHM,tempM。int i,j,k=0。for(i=0。 iFINISHi=FALSE 。for(j=0。 jWORK=AVAILABLEj 。i=s 。while(iif (FINISHi=FALSE&NEEDijWORK=WORK+ALLOCATIONij 。FINISHi=TRUE 。tempk=i 。k+

29、。i=0。elsei+ 。for(i=0o iif(FINISHi=FALSEcoutendl。!endl 。endl 。cout 系统不安全 ! 本次资源申请不成功coutendl。return 1。coutendl。cout 经安全性检查，系统安全，本次分配成功。coutendl。cout本次安全序列：IIfor（i=0o icout进程tempi。coutendlendl。return 0。 。六、注意事项因为程序长而且有难度，所以在设计实验时，要细心，多次调试。七、思考题实验五LRU页面置换调度算法一、实验目的理解并模拟LRU算法。要求为：提示输入要访问的页面字串和分配的内存块数，输出

30、缺页中断的次数 括开始的几个页面），和具体页面。二、实验类型 含验证型、设计型或综合型）设计型三、实验仪器一台安装Windows操作系统及C语言编译程序的pc机四、实验原理五、实验方法与步骤#in clude const max=1000。class stackprivate:char top ,n csh。public:void init（stack *s,int nc栈初始化，指定栈内空间s-top=-1。s-ncsh=ncint empty(stack *s/return s-top=s-ncsh-1void push(stack *s,char c/s-data

31、+s-top=cchar pop(stack *s/return s-datas-top-int chazh(stack *s,char c/ int i,j,k。k=s-top 。判栈满出栈元素进栈是否有相同元素i+for(i=0。 s-top!=(-1&(s-datas-top!=cs-top-。j=(s-top!=(-1s-top=kreturn j。void chu(stack *s,char c/找到一个特定元素出栈stack *p,temp 。 p=&temp 。 temp.init(p,ncsh 。for(int i=0。 s-datas-top!=c。 i+ p-data+p-

32、top=s-datas-top-s-top-。for(int j=0。 p-top!=-1 。 j+s-data+s-top=p-datap-top- char popd(stack *s /栈底元素出栈int i。 char c 。stack *p,temp 。p=&temp。temp.init(p,ncsh 。 for(i=0。 s-top!=0 。 i+p-data+p-top=s-datas-top- c=s-datas-top-。for(i=0。 p-top!=-1 。 i+s-data+s-top=p-datap-top- return c 。void main(int i,j=0

33、,ncs 。char c1max,c2max 。 stack test,*pt,temp,*p 。 pt=&test,p=&temp 。 coutc1。coutncs 。test.init(pt,ncs 。 for(i=0。 c1i!=0。 i+if(test.chazh(pt,c1itest.chu(pt,c1i。else if(test.empty(ptc2j=test.popd(pt。j+。test.push(pt,c1i。cout缺页中断次数：e ndl 。cout淘汰的页面依次为：。for(i=0。 icoutc2i。六、注意事项因为程序长而且有难度，所以在设计实验时，要细心，多次调

34、试。七、思考题实验六独占设备的分配和回收模拟一、实验目的计算机中大部分设备为独占设备，如键盘、鼠标、显示器等。通过实验，使学生理解这类设备分配和回收的原理，并试图模拟。二、实验类型 #i nclude #i nclude #in clude #define n 10 /*假定系统允许的最大作业为，假定模拟实验中n值为10*/#define m 10 /*假定系统允许的空闲区表最大为m假定模拟实验中m值为10*/structfloat address float length int flag used_tablen structfloat address float length int fl

35、ag free_tablem0/*/*#define minisize 100/* 已分分区起始地址 */* 已分分区长度，单位为字节 */ 已分配区表登记栏标志，用 0 表示空栏目 */。 /* 已分配区表 */* 空闲区起始地址 */* 空闲区长度，单位为字节 */空闲区表登记栏标志，用 0 表示空栏目，用 1 表示未分配 */ 。 /* 空闲区表 */char Jfloat xk 。int allocate(char J,float xk/* 采用最优分配算法分配 xk 大小的空间 */ int i,k 。float ad 。k=-1 。for(i=0。i /*寻找空间大于xk的最小空闲

36、区登记项k*/if(free_tablei.length=xk&free_tablei.flag=1if(k=-1|free_tablei.lengthk=i 。if(k=-1/*未找到可用空闲区，返回 */printf(无可用空闲区 n 。return 0。/* 找到可用空闲区，开始分配：若空闲区大小与要求分配的空间差小于 msize 大小，则空闲区全部分配；若空闲区大小与要求分配的空间差大于 minisize 大小，则从空闲区划出一部分分配 */if(free_tablek.length-xkfree_tablek.flag=0 。 ad=free_tablek.address 。 xk=

37、free_tablek.length 。 else free_tablek.length=free_tablek.length- xk。ad=free_tablek.address+free_tablek.length 。 /* 修改已分配区表 */i=0 。while(used_tablei.flag!=0&i /* 寻找空表目 */ i+ 。if(i=n /* 无表目填写已分分区 */printf(无表目填写已分分区，错误 n 。/* 修正空闲区表 */ if(free_tablek.flag=0/* 前面找到的是整个空闲分区 */ free_tablek.flag=1 。 else/*

38、前面找到的是某个空闲分区的一部分 */free_tablek.length=free_tablek.length+xk 。 return free_tablek.length 。else/* 修改已分配表 */ used_tablei.address=ad 。 used_tablei.length=xk 。 used_tablei.flag=J 。return used_tablei.address 。 return used_tablei.length 。return used_tablei.flag 。/* 主存分配函数结束 */ reclaim(char J/* 回收作业名为 J 的作业

39、所占主存空间 */ int i,k,j,s,t 。float S,L 。/* 寻找已分配表中对应登记项 */ s=0 。while(used_tables.flag!=J|used_tables.flag=0&s s+。if(s=n/* 在已分配表中找不到名字为 J 的作业 */printf(找不到该作业 n 。return 0。/*修改已分配表 */used_tables.flag=0 。/*取得归还分区的起始地址 S 和长度 L*/S=used_tables.address 。L=used_tables.length 。j=-1。 k=-1 。 i=0 。/*寻找回收分区的空闲上下邻，上邻表目k,下邻表目j*/while(iif(free_tablei.flag=1/* 找到上邻 */if(free_tablei.address+free_tablei.length=Sk=i if(free_tablei.address=S+Lj=i 。 /* 找到下邻 */ i+ 。if(k!=-1if(j!=-1/* 上邻空闲区，下邻空闲区，三项合并 */free_tablek.length=free_tablej.length+free_tablek.length+L free_tablej.flag=0 。else/* 上邻空闲区，下邻非空闲区，与上邻合并