《计算机操作系统》实验学生

1、计算机操作系统实验要求为了顺利完成操作系统课程实验，应做到： （1） 实验前，认真学习教材以及实验要求的相关内容，提前做好实验准备。（2） 实验结束后三天内提交实验报告的电子版和打印版。实验报告内容应包括：实验目的、实验内容、设计思路和流程框图，主要程序代码、测试结果以及实验总结。（实验报告模板见“OS实验模板”）（3） 遵守机房纪律，服从指挥，爱护实验设备。实验的验收将分为两个部分。第一部分是上机操作，随机抽查程序运行和即时提问；第二部分是提交书面的实验报告。要杜绝抄袭现象，一经发现雷同，双方成绩均以0分计算。实验内容安排：实验内容与要求实验一熟悉进程调度相关内容；根据进程调度算法，选择先来

2、先服务、短进程优先、时间片轮转、高优先权优先调度等算法中的一个，编写算法模拟程序。实验二熟悉页面置换相关内容；选择最佳置换算法、先进先出置换算法、LRU置换算法中的一个，编写算法模拟程序。实验三熟悉银行家算法，并编写程序进行模拟。实验一 进程调度实验3实验二 页面置换算法模拟10实验三 银行家算法模拟15实验一 进程调度实验【开发语言及实现平台或实验环境】C+/C#/CfreeTurbo 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）在了解和掌握

3、进程调度算法的基础上，编制进程调度算法通用程序，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CPU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

4、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

5、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。Y已达到未达到N开 始初始化PCB，输入进程信息各进程按优先数从高到低排列就绪队列空？结 束就绪队列首进程投入运行时间片到，运行进程已占用CPU时间1运行进程已占用CPU时间达到所需的运行时间？进程完成撤销该进程使运行进程的优先数减1把运行进程插入到就绪队列实验二 请求页式存储管理中常用页面置换算法

6、模拟【开发语言及实现平台或实验环境】C+/C#/CfreeTurbo C / Microsoft Visual Studio 6.0 / Microsoft Visual Studio .NET 2010【实验目的】（1）了解内存分页管理策略（2）掌握调页策略（3）掌握一般常用的调度算法（4）学会各种存储分配算法的实现方法。（5）了解页面大小和内存实际容量对命中率的影响。【实验要求】（1）采用页式分配存储方案，通过分别计算不同算法的命中率来比较算法的优劣，同时也考虑页面大小及内存实际容量对命中率的影响；（2）实现OPT 算法 (最优置换算法) 、LRU 算法 (Least Recen

7、tly) 、 FIFO 算法 (First IN First Out)的模拟；（3）使用某种编程语言模拟页面置换算法。【实验原理】分页存储管理将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的片，称为页面或页。在进程运行过程中，若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据，送磁盘的对换区中。但应将哪个页面调出，须根据算法来确定。通常，把选择换出页面的算法称为页面置换算法。 一个好的页面置换算法，应具有较低的页面更换频率。从理论上讲，应将那些以后不再会访问的页面换出，或将那些在较长时间内不会再访问的页面调出。一

8、、最佳置换算法OPT(Optimal)它是由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。其所选择的被淘汰页面，将是以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法，通常可保证获得最低的缺页率。但由于人目前还无法预知一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法是无法实现的，但是可以利用此算法来评价其它算法。如果编写程序模拟该算法，可以提前设定页面访问次序，获知某个页面是否在未来不再被访问。 二、先进先出(FIFO)页面置换算法 这是最早出现的置换算法。该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。该算

9、法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。三、最近最久未使用置换算法 1、LRU(Least Recently Used)置换算法的描述FIFO置换算法性能之所以较差，是因为它所依据的条件是各个页面调入内存的时间，而页面调入的先后并不能反映页面的使用情况。最近最久未使用（LRU）置换算法，是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的。由于无法预测各页面将来的使用情况，只能利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，因此，LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以淘汰。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自

10、上次被访问以来所经历的时间t,，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其t值最大的，即最近最久未使用的页面予以淘汰。 2、LRU置换算法的硬件支持 LRU置换算法虽然是一种比较好的算法，但要求系统有较多的支持硬件。为了了解一个进程在内存中的各个页面各有多少时间未被进程访问，以及如何快速地知道哪一页是最近最久未使用的页面，须有以下两类硬件之一的支持： 1）寄存器 为了记录某个进程在内存中各页的使用情况，须为每个在内存中的页面配置一个移位寄存器，可表示为 R=Rn-1Rn-2Rn-3R2R1R0 当进程访问某物理块时，要将相应寄存器的Rn-1位置成1。此时，定时信号将每隔一定时间(例如100ms)将寄

11、存器右移一位。如果我们把n位寄存器的数看作是一个整数，那么具有最小数值的寄存器所对应的页面，就是最近最久未使用的页面。下图显示了某进程在内存中具有8个页面，为每个内存页面配置一个8位寄存器时的LRU访问情况。这里，把8个内存页面的序号分别定为1-8。由图可以看出，第7个内存页面的R值最小，当发生缺页时首先将它置换出去。 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 2 1 0 1 0 1 1 0 0 3 0 0 0 0 0 1 0 0 4 0 1 1 0 1 0 1 1 5 1 1 0 1 0 1 1 0 6 0 0 1 0 1 0 1 1 7 0 0 0

12、 0 0 1 1 1 8 0 1 1 0 1 1 0 1 2)栈 可利用一个特殊的栈来保存当前使用的各个页面的页面号。每当进程访问某页面时，便将页面的页面号从栈中移出，将它压入栈顶。因此，栈顶始终是最新被访问页面的编号，而栈底则是最近最久未使用的页面的页面号。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+/C#/cfreeTurbo 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，将调

13、试结果显示在计算机屏幕上，并检测机算和笔算的一致性。（3）理解和掌握安全序列、安全性算法【实验要求】（1）了解和理解死锁；（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<P1,P2,Pn>(称为<P1,P2,Pn>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

14、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： Availablej=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：

15、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：Ø Workj=Worki+Allocat

16、ioni,j;Ø Finishi=true;Ø 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】参考实验步骤如下：（1）参考下图流程编写安全性算法。Y所有finish都为true？输出安全序列NYN存在Finishi =false&&Needij< Availablej初始化Work和FinishFinishi=true，Workj=Workj+ Allocationj所有进程都找完了？Y开始 安全性算法流程图（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。结束 否是申请失败。以上分配作废，恢复原来的分配状态：Availablej = Availablej + RequestijAllocationij= AllocationijRequestijNeedij =