操作系統(tǒng)課程設計指導書

1、計算機操作系統(tǒng)課程設計指導書一、課程設計的目的和意義本課程設計是學生學習完 計算機操作系統(tǒng) 課程后,進行的一次全面的綜合訓練,通 過課程設計, 讓學生更好地掌握操作系統(tǒng)的原理及實現方法, 加深對操作系統(tǒng)基礎理論和重 要算法的理解,加強學生的動手能力。二、總體要求:1、 課程設計總時間為五天。2、 課程設計地點是實驗樓 616機房。3、 一個班分若干個組,每組 2人,個別可以 3人組(自由組合課程設計題目由任課 老師指定;4、 人員分工:組長 1人、組員 1到 2人。組長可由小組人員自行選出或自薦,組長的 職責是負責與老師交流,合理安排分配本組的各項任務,任務有:系統(tǒng)總體設計、 編碼、測試、寫文

2、檔。三、設計要求:本課程設計以 Linux 操作系統(tǒng)為實驗平臺, 進行源代碼分析和修改或應用。 通過該課程 設計, 使學生掌握 Linux 操作系統(tǒng)各部分結構、實現機理和各種典型算法; 或使學生進行網 絡管理和系統(tǒng)管理, 系統(tǒng)地了解操作系統(tǒng)的設計和實現思路, 運用內核開發(fā)環(huán)境實現對內核 的修改,培養(yǎng)學生的系統(tǒng)設計能力,并了解操作系統(tǒng)的發(fā)展動向和趨勢。 。要求如下:1、要充分認識課程設計對培養(yǎng)自己的重要性,認真做好設計前的各項準備工作。2、既要虛心接受老師的指導,又要充分發(fā)揮主觀能動性。結合課題,獨立思考,努力 鉆研,勤于實踐,勇于創(chuàng)新。3、獨立按時完成規(guī)定的工作任務,不得弄虛作假,不準抄襲他人

3、內容,否則成績以不 及格計。4、課程設計期間,無故缺席按曠課處理;缺席時間達四分之一以上者,其成績按不及 格處理。5、在設計過程中,要嚴格要求自己,樹立嚴肅、嚴密、嚴謹的科學態(tài)度,必須按時、 按質、按量完成課程設計。6、小組成員之間,分工明確,但要保持聯系暢通,密切合作,培養(yǎng)良好的互相幫助和 團隊協(xié)作精神。四、成績評定1、同學平時表現占總成績 30%,若遲到扣 5分,無故曠課每次扣 10 分,二次不 到者總成績以 0分計。2、課程設計報告占總成績 70%,在規(guī)定時間內上交。3、嚴禁抄襲,復制設計內容,查出后相關同學設計成績以零分處理。五、設計內容(除特別注明外,每組 2人,先自由組合,并選定

4、1個題目,再由老師作適當調整課題一、 Linux 下 C 編程實現銀行家算法銀行家算法的思路:1. 進程一開始向系統(tǒng)提出最大需求量 .2. 進程每次提出新的需求 (分期貸款 都統(tǒng)計是否超出它事先提出的最大需求量 .3. 若正常 , 則判斷該進程所需剩余量 (包括本次申請 是否超出系統(tǒng)所掌握的剩余資源量 , 若不超出 , 則分配 , 否則等待 .4. 銀行家算法的數據結構 .1 系統(tǒng)剩余資源量 Vn,其中 Vn表示第 I 類資源剩余量 .2 已分配資源量 Amn,其中 Aji表示系統(tǒng) j 程已得到的第 i 資源的數量 .3 剩余需求量 .Cmn,其中 Cji對第 i 資源尚需的數目 .5. 銀行

5、家算法流程 :當某時刻 , 某進程時 , 提出新的資源申請 , 系統(tǒng)作以下操作 :1 判定 En是否大于 Cjn,若大于 , 表示出錯 .2 判定 En是否大于系統(tǒng)剩余量 Vn,若大于 , 則該進程等待 .3 若以上兩步沒有問題 , 嘗試分配 , 即各變量作調整 .4 按照安全性推測算法 , 判斷 , 分配過后 , 系統(tǒng)是否安全 , 若安全 , 則實際分配 , 否則 , 撤消分 配 , 讓進程等待 .6." 安全性檢測 " 算法對進程逐個掃描,先判斷 flag ,看進程是否完成,如果完成則繼續(xù)掃描,如果沒有再判 斷當前系統(tǒng)是否滿足進程所需要的分配額, 如果滿足則分配并當進程

6、完成后回收資源, 如果 沒有則掃描下一個進程。掃描所有進程,如果所有的進程都能完成就表明是安全分配序列, 如果沒有,則分配不成功,不存在著安全序列。課題二、處理機調度算法的實現設計目的 :在多道程序和多任務系統(tǒng)中, 系統(tǒng)內同時處于就緒狀態(tài)的進程可能有若干個。 也就是說能運行的進程數大于處理機個數。 為了使系統(tǒng)中的進程能有條不紊地工作, 必須選 用某種調度策略, 選擇一進程占用處理機。 要求學生設計一個模擬處理機調度算法, 以鞏固 和加深處理機調度的概念。設計要求 :1先由用戶輸入進程數量 (至少 5個進程 ,再由系統(tǒng)隨機生成一個進程序列 (包括到 達時間和服務時間 。2然后顯示進程調度算法由用

7、戶選擇,包括:時間片輪轉法,短作業(yè)優(yōu)先算法,動態(tài) 優(yōu)先級算法。3顯示結果包括每個進程的開始時間、完成時間、周轉時間以及帶權周轉時間,顯示 界面可參考書本的例子以表格形式但可不要表格線。課題三、生產者消費者問題設計目的 :通過研究 Linux 的進程機制和信號量實現生產者消費者問題的并發(fā)控制 .說明:有界緩沖區(qū)內設有 20個存儲單元,放入 /取出的數據項設定為 1-20這 20個整型 數。設計要求 :(1每個生產者和消費者對有界緩沖區(qū)進行操作后,實時顯示有界緩沖區(qū)的全部內容、 當前指針位置和生產者 /消費者的標識符。(2生產者和消費者各有兩個以上。(3多個生產者或多個消費者之間須有共享對緩沖區(qū)進

8、行操作的函數代碼。提示:(1 有界緩沖區(qū)可用數組實現。課題四:基于 Linux 的二級文件系統(tǒng)。要求做到以下幾點:1、 可以實現下列幾條命令,但可不用參數。注意,必須真正實現,不能模擬實現,如 Dir 類似于 Linux 的 ls 命令。Login 用戶登錄Dir 列出文件夾內容Create 創(chuàng)建文件Delete 刪除文件Open 打開文件Close 關閉文件Read 讀文件Write 寫文件2、列目錄時要列出文件名、物理地址、保護碼和文件長度。3、設計提示實現虛擬文件系統(tǒng)的一般思路是調用系統(tǒng)的文件創(chuàng)建(如 c 中的 fopen 函數的 w 方式 即可 一個新文件, 將此文件作為虛擬磁盤, 在

9、完成本設計要求的內容時, 要求所生成的文 件目錄以及文件等內容都是存儲在此磁盤中。4、源文件可以進行讀寫保護。主要需完成以下子過程,但不一定全部要用到。1、 i 節(jié)點內容獲取函數 iget( 2、 i 節(jié)點內容釋放函數 iput( 3、目錄創(chuàng)建函數 mkdir( 4、目錄搜索函數 namei( 5、磁盤塊分配函數 balloc( 6、磁盤塊釋放函數 bfree( 7、分配 i 節(jié)點區(qū)函數 ialloc( 8、釋放 i 節(jié)點區(qū)函數 ifree( 9、搜索當前目錄下文件的函數 iname( 10、訪問控制函數 access( 11、顯示目錄和文件用函數 _dir( 12、改變當前目錄用函數 chd

10、ir( 13、打開文件函數 open( 14、創(chuàng)建文件函數 create( 15、讀文件用函數 read( 16、寫文件用函數 write( 17、用戶登錄函數 login( 18、用戶退出函數 logout( 19、文件系統(tǒng)格式化函數 format( 20、進入文件系統(tǒng)函數 install( 21、關閉文件系統(tǒng)函數 close( 22、退出文件系統(tǒng)函數 halt( 23、文件刪除函數 delete( 課題五:存儲管理動態(tài)分區(qū)分配算法的模擬:要求設計主界面以靈活選擇某算法,以下算法都要實現:1、 首 次適應算法2、 循 環(huán)首次適應算法3、 最 佳適應算法;4、 最 壞適應算法;5、 快 速適應

11、算法具體要求:1 首先由系統(tǒng)生成當前的內存狀態(tài),按照課本 P122圖 4-5(a 所示,要求未分配的 分區(qū)數量不少于 3個,且空間大小隨機,然后隨機生成一個數,表示等待分配進 程的大小。2 然后顯示上述算法由用戶選擇,結果顯示分配后的狀態(tài)。課題六:三種存儲管理方式的地址換算1、分頁方式的地址換算。具體要求:1隨機生成頁面大小,但一定為 2的冪,系統(tǒng)隨機生成一個至少有 10行的頁表, 頁號、塊號從 0開始。2用戶給定一個邏輯地址,首先顯示此地址的頁號和頁內地址,然后顯示是第幾 塊,最后顯示其物理地址。2、分段方式的地址換算。具體要求:1由系統(tǒng)隨機生成 5個左右的段,并隨機生成一個段表并顯示。2由

12、用戶給定一個邏輯地址,包括段號和段內地址,最后顯示其物理地址。3、段頁式的地址換算。具體要求:1先由系統(tǒng)隨機生成 5個左右的段,然后再由系統(tǒng)隨機生成頁面大小,但一定為2的冪。然后生成段表和頁表,具體內容參照課本 P140的圖 4-22。2由用戶給定一個邏輯地址,包括段號和段內地址,最后顯示其物理地址。課題七:進程調度模擬程序設計要求:編寫一個進程調度程序,允許多個進程共享進程調度程序。進程調度算法:采用(1最高優(yōu)先數優(yōu)先的調度算法(即把處理機分配給優(yōu)先數 最高的進程 , (2時間片輪轉法, (3先來先服務算法。每個進程有一個進程控制塊(PCB 表示。進程控制塊可以包含如下信息:進程 名、優(yōu)先數

13、、到達時間、需要運行時間、已用 CPU 時間、進程狀態(tài)等等。進程的優(yōu)先數、到達時間、時間片以及需要的運行時間由隨機數產生。1、設計內容1設計進程控制塊 PCB 表結構,分別適用于優(yōu)先權調度算法、時間片輪轉調度算 法和先來先服務算法。2 PCB 結構包括以下信息:進程名、進程優(yōu)先數(或輪轉時間片 ,進程所占用 的 CPU 時間,進程的狀態(tài),當前隊列指針等。根據調度算法的不同, PCB 結構的內容 可以作適當的增刪。3建立進程就緒隊列。對兩種不同算法編制入鏈子程序。4編制三種進程調度算法:A 、優(yōu)先數調度; B 、循環(huán)輪轉調度; C 、先來先服務。 2、具體設計要求及有關說明選用優(yōu)先數算法和簡單時

14、間片輪轉法對五個進程進行調度, 每個進程可有三種狀態(tài):運 行狀態(tài)(RUN 、就緒狀態(tài)(READY 和完成狀態(tài)。并假定初始狀態(tài)為就緒狀態(tài)。設計進程控制塊結構如下:PCB:NAMEPRIO/ROUNDCPUTIMECOUNTNEEDTIMESTATENEXT其中:NAME 進程標識符;PRIO 進程優(yōu)先數;ROUND 進程輪轉時間片;CPUTIME 進程占用 CPU 時間;COUNT 計數器;NEEDTIME 進程到完成還要的 CPU 時間;STATE 進程的狀態(tài);NEXT鏈指針。 進程控制塊鏈結構如插圖。其中： RUN當前運行進程指針； READY就緒隊列頭指針； TAIL就緒隊列尾指針； FI

15、NISH完成隊列頭指針。 為了便于處理，程序中進程的運行時間以時間片為單位計算。各進程的優(yōu)先數或輪轉 時間片數以及進程需運行的時間片數的初值均由用戶給定。 RUN TAIL READ FINISH 3、程序設計算法： 、程序設計算法： 設計算法 （1）在優(yōu)先數算法中，進程每執(zhí)行一次，優(yōu)先數減 3，CPU 時間片數加 1，進程還需 要的時間片數減 1。在輪轉法中，采用固定時間片，時間片數為 2，進程每執(zhí)行一次，CPU 時間片數加 2，進程還需要的時間片數減 2，并排到就緒隊列的尾上。 （2）程序結構說明如下： 整個程序由 INSERT1, INSERT2, FIRSTIN, PRINT, CRE

16、ATE, PRISCH 和 ROUNDSCH 過程組 成。其中： INSERT1 的功能是把還未完成且優(yōu)先數小于別的進程 PCB 按進程優(yōu)先數的順序插入到 就緒隊列中。 INSERT2 是輪轉法使用的過程，將執(zhí)行了一個單位時間片數（為 2）且還未完成的進程 的 PCB 插入到就緒隊列的隊尾。 FIRSTIN 的功能是將就緒隊列中的第一個進程投入運行。 PRINT 打印每執(zhí)行一次后的所有進程的狀態(tài)，這里，就緒（等待）用“W”代表。 CREATE 的功能是創(chuàng)建新的進程，即創(chuàng)立進程的 PCB，并將此 PCB 鏈入到就緒隊列中 去。 6 PRISCH 按優(yōu)先數算法調度進程。 ROUNDSCH 按時間片

17、輪轉法調度進程。 主程序中定義了 PCB 的結構和其它變量 NUMBER進程數，ALGO 為 10 個字符長 的字符串，存放要求輸入的算法的名，PRIORITY 為優(yōu)先數算法，ROUNDROBIN 為循環(huán)輪 轉法，在程序運行時輸入其中的一個。 課題八： 課題八：多道程序緩沖區(qū)協(xié)調操作 如下圖所示，有 10 個 PUT 操作要不斷循環(huán)地向 Buffer1 送數據，有一個 Move 操作要 不斷地將 Buffer1 的數據取到 Buffer2， 20 個 GET 操作要不斷地從 Buff2 中取數據。 有 BUFF1 是 10,BUFF2 的容量是 20, PUT、 MOVE、 GET 每次操作一

18、個數據，為了在操作的過程中 要保證數據不丟失,每個 Buffer 每次只能接受一個 PUT 或一個 Move 或一個 Get，多個操作 不能同時操作同一 BUFFER。設計一個多道程序完成上述操作。 試用、原語協(xié)調 PUT、 MOVE、GET 的操作，并說明每個信號量的含義、初值和 值的范圍。 PUT 1、基本功能要求 、 (1 顯示 Buffer 的操作過程； MOVE GET (2 可以確定 Buffer 的容量、PUT、GET、MOVE 操作的個數； (3 自行確定放數據的速度，取數據的速度； (4 實時顯示每個 Buffer 中數據的個數，已放入 Buffer 的數據個數，已取的數據個

19、數； (5 程序運行結束，顯示匯總數據： a b c d e f 總的運行時間； Buffer 中數據的個數； 已放入 BUFFER 的數據個數； 已放已取的數據個數； 平均 buffer 中的數據個數。 。 。 7 課題九、磁盤調度算法 課題九、磁盤調度算法 1、設計要求： 、設計要求： 要求設計一個程序，該程序模擬操作系統(tǒng)的磁盤調度。模擬仿真 FCFS、SSTF、SCAN、 CSCAN 等磁盤調度算法，并對各算法進行性能分析。應提供良好的測試界面及測試方法 應提供良好的測試界面及測試方法。 應提供良好的測試界面及測試方法 提供全面的輸出結果。 2、實驗原理 、 磁盤可供多個進程共享，當有多個進程要求訪問磁盤時，應采用一種調度算法，以使進 程對磁盤的平均訪問時間最小，由于在訪問磁盤的時間中，主要是尋道時間，因此磁盤調度 的目標就是使磁盤的平均尋道時間最短。 說明： 說明： 可以根據題目的基本要求進行豐富的創(chuàng)意和想象。 可以根據題目的基本要求進行豐富的創(chuàng)意和想象。 沒有特別指定， 環(huán)境， 沒有特別指定，可以采用 Windows 環(huán)境也可采用 Linux 環(huán)境，選