計算機操作系統實驗指導書(羅曉清)

1、計算機操作系統 實 驗 指 導 書適用專業(yè)：計算機科學與技術 信息與計算機 江南大學物聯網工程學院2013年11月前 言計算機操作系統（Operating System簡稱OS）是計算機中最重要的系統軟件，也是最活躍的學科之一，是計算機相關本科專業(yè)的核心課程。通過本課程的學習使學生掌握操作系統的基本概念、技術、原理，具備一定的從不同層次分析與使用操作系統功能的能力。了解計算機操作系統方面的新技術、新理論與新發(fā)展。本實驗指導書，是根據操作系統課程教學大綱的要求而編寫的，目的是讓學生能夠進一步了解操作系統的基本概念、原理，通過綜合性、驗證性和設計性等實驗，熟練掌握操作系統的運行機理和各種算法思想，

2、尤其是操作系統的核心功能。同時還希望通過實驗進一步提高學生的動手能力和綜合運用先修課程的能力。由于編寫倉促，難免有錯誤和不足之處，懇請讀者不吝賜教。目 錄前 言1實驗一 進程調度3實驗二 銀行家算法6實驗三 存儲管理10實驗一 進程調度實驗學時：4學時實驗類型：設計實驗要求：必修一、 實驗目的多道程序設計中，經常是若干個進程同時處于就緒狀態(tài)，必須依照某種策略來決定那個進程優(yōu)先占有處理機。因而引起進程調度。本實驗模擬在單處理機情況下的處理機調度問題，加深對進程調度的理解。二、 實驗內容1 優(yōu)先權法、輪轉法簡化假設1） 進程為計算型的（無I/O）2） 進程狀態(tài)：ready、running、fini

3、sh3） 進程需要的CPU時間以時間片為單位確定2 算法描述1） 優(yōu)先權法動態(tài)優(yōu)先權當前運行進程用完時間片后，其優(yōu)先權減去一個常數。2） 輪轉法三、 流程圖開始鍵盤輸入進程數n，和調度方法的選擇優(yōu)先權法？輪轉法產生n個進程，對每個進程產生一個PCB，并用隨機數產生進程的優(yōu)先權及進程所需的CPU時間按優(yōu)先權大小，把n個進程拉成一個就緒隊列初始化其他數據結構區(qū)鏈首進程投入運行時間片到，進程所需的CPU時間減1，優(yōu)先權減3，輸出個進程的運行情況所需的CPU時間=0？撤銷進程就緒隊列為空？結束將進程插入就緒隊列NYNYYBN產生n個進程，對每個進程用隨機數產生進程的輪轉時間片數及進程所需的時間片數，已

4、占用CPU的時間片數置為0按進程產生的先后次序拉成就緒隊列鏈鏈首進程投入運行時間片到，進程所需時間片數減1，已占用CPU時間片數加1輸出各進程的運行情況進程所需時間片數=0？撤銷該進程就緒隊列為空嗎？占用CPU的時間片數=輪轉時間片數？占用CPU的時間片數置為0把該進程插入就緒隊列尾BNYNYY結束N四、實驗要求開始鍵盤輸入進程數n，和調度方法的選擇優(yōu)先權法？輪轉法產生n個進程，對每個進程產生一個PCB，并用隨機數產生進程的優(yōu)先權及進程所需的CPU時間按優(yōu)先權大小，把n個進程拉成一個就緒隊列初始化其他數據結構區(qū)鏈首進程投入運行時間片到，進程所需的CPU時間減1，優(yōu)先權減3，輸出個進程的運行情況

5、所需的CPU時間=0？撤銷進程就緒隊列為空？結束將進程插入就緒隊列NYNYYBN1 產生的各種隨機數的取值范圍加以限制，如所需的CPU時間限制在120之間。2 進程數n不要太大通常取48個3 使用動態(tài)數據結構4 獨立編程5 至少三種調度算法五、實驗報告主要包括實驗預習和實驗報告兩部分。學生在上機做實驗前，要根據教師布置的題目，對實驗內容應作相應的預習，編寫相關程序，準備好測試數據，進行靜態(tài)檢查后方可上機。實驗結束后，根據實驗過程和結果寫出實驗報告，主要內容包括對實驗數據、實驗中的特殊現象、實驗操作的成敗、實驗的關鍵點等內容進行整理、解釋、分析總結，回答思考題，提出實驗結論或提出自己的看法等。嚴

6、禁抄襲或拷貝他人的成果，自覺培養(yǎng)科學、嚴謹的作風。六、其它說明學生在實驗過程中應遵守實驗室的各項規(guī)章制度，注意人身和設備安全，配合和服從實驗室人員管理。實驗二 銀行家算法實驗學時：4學時實驗類型：設計實驗要求：必修一、 實驗目的死鎖會引起計算機工作僵死，因此操作系統中必須防止。本實驗的目的在于讓學生獨立的使用高級語言編寫和調試一個系統動態(tài)分配資源的簡單模擬程序，了解死鎖產生的條件和原因，并采用銀行家算法有效地防止死鎖的發(fā)生，以加深對課堂上所講授的知識的理解。二、 實驗要求設計有n個進程共享m個系統資源的系統，進程可動態(tài)的申請和釋放資源，系統按各進程的申請動態(tài)的分配資源。系統能顯示各個進程申請和

7、釋放資源，以及系統動態(tài)分配資源的過程，便于用戶觀察和分析；三、 數據結構1 可利用資源向量Available ，它是一個含有m個元素的數組，其中的每一個元素代表一類可利用的資源的數目，其初始值是系統中所配置的該類全部可用資源數目。其數值隨該類資源的分配和回收而動態(tài)地改變。如果Available（j）=k，標是系統中現有Rj類資源k個。2 最大需求矩陣Max，這是一個n×m的矩陣，它定義了系統中n個進程中的每一個進程對m類資源的最大需求。如果Max（i，j）=k，表示進程i需要Rj類資源的最大數目為k。3 分配矩陣Allocation，這是一個n×m的矩陣，它定義了系統中的每

8、類資源當前一分配到每一個進程的資源數。如果Allocation（i，j）=k，表示進程i當前已經分到Rj類資源的數目為k。Allocation i表示進程i的分配向量，有矩陣Allocation的第i行構成。4 需求矩陣Need，這是一個n×m的矩陣，用以表示每個進程還需要的各類資源的數目。如果Need（i，j）=k，表示進程i還需要Rj類資源k個，才能完成其任務。Need i表示進程i的需求向量，由矩陣Need的第i行構成。上述三個矩陣間存在關系：Need（i，j）=Max（i，j）-Allocation（i，j）；四、 銀行家算法參考教材P96五、 安全性算法1 設置兩個向量。W

9、ork：它表示系統可提供給進程繼續(xù)運行的各類資源數目，它包含m個元素，開始執(zhí)行安全性算法時，Work = Available。Finish：它表示系統是否有足夠的資源分配給進程，使之運行完成，開始Finish（I）=false；當有足夠資源分配給進程Pi時，令Finish（i）=true；2 從進程集合中找到一個能滿足下述條件的進程。Finish（i）= = false；Need i work；如找到則執(zhí)行步驟3；否則，執(zhí)行步驟4；3 當進程Pi獲得資源后，可順利執(zhí)行直到完成，并釋放出分配給它的資源，故應執(zhí)行Work = work + Allocation i Finish（i）=true；轉

10、向步驟2；4 若所有進程的Finish（i）都為true，則表示系統處于安全狀態(tài)；否則，系統處于不安全狀態(tài)。六、流程開 始輸入資源數m, 及各類資源總數，初始化Available向量輸入進程數n，i=1輸入進程i的最大需求向量max。inmax資源總數提示錯誤重新輸入i加1任選一個進程作為當前進程輸入該進程的資源請求量Request 調用銀行家算法，及安全性算法，完成分配，或并給出提示該進程的Need向量為0該進程已運行結束Need矩陣為0所有進程運行都結束結 束NYYNNY初始化need 矩陣NY七、實驗報告主要包括實驗預習和實驗報告兩部分。學生在上機做實驗前，要根據教師布置的題目，對實驗內

11、容應作相應的預習，編寫相關程序，準備好測試數據，進行靜態(tài)檢查后方可上機。實驗結束后，根據實驗過程和結果寫出實驗報告，主要內容包括對實驗數據、實驗中的特殊現象、實驗操作的成敗、實驗的關鍵點等內容進行整理、解釋、分析總結，回答思考題，提出實驗結論或提出自己的看法等。嚴禁抄襲或拷貝他人的成果，自覺培養(yǎng)科學、嚴謹的作風。八、其它說明學生在實驗過程中應遵守實驗室的各項規(guī)章制度，注意人身和設備安全，配合和服從實驗室人員管理。實驗三 存儲管理實驗學時：4學時實驗類型：設計實驗要求：必修一、實驗目的存儲管理的主要功能之一是合理地分配空間。請求頁式管理是一種常用的虛擬存儲管理技術。本實驗的目的是通過請求頁式管理

12、中頁面置換算法模擬設計，了解虛擬存儲技術的特點，掌握請求頁式存儲管理的頁面置換算法。二、實驗內容（1） 通過計算不同算法的命中率比較算法的優(yōu)劣。同時也考慮了用戶內存容量對命中率的影響。頁面失效次數為每次訪問相應指令時，該指令所對應的頁不在內存中的次數。在本實驗中，假定頁面大小為1k，用戶虛存容量為32k，用戶內存容量為4頁到32頁。（2） produce_addstream通過隨機數產生一個指令序列，共320條指令。A、 指令的地址按下述原則生成：1） 50%的指令是順序執(zhí)行的2） 25%的指令是均勻分布在前地址部分3） 25%的指令是均勻分布在后地址部分B、 具體的實施方法是：1） 在0，3

13、19的指令地址之間隨機選取一起點m；2） 順序執(zhí)行一條指令，即執(zhí)行地址為m+1的指令；3） 在前地址0，m+1中隨機選取一條指令并執(zhí)行，該指令的地址為m；4） 順序執(zhí)行一條指令，地址為m+1的指令5） 在后地址m+2，319中隨機選取一條指令并執(zhí)行；6） 重復上述步驟1）5），直到執(zhí)行320次指令C、 將指令序列變換稱為頁地址流在用戶虛存中，按每k存放10條指令排列虛存地址，即320條指令在虛存中的存放方式為：第0條第9條指令為第0頁（對應虛存地址為0，9）；第10條第19條指令為第1頁（對應虛存地址為10，19）；。第310條第319條指令為第31頁（對應虛存地址為310，319）；按以上方

14、式，用戶指令可組成32頁。（3） 計算并輸出下屬算法在不同內存容量下的命中率。1） 先進先出的算法（FIFO）；2） 最近最少使用算法（LRU）；開 始生成地址流輸入算法號S1S4形成地址頁號用戶內存空間msize=2Msize32 OPT()FIFO()LRU()LFU()Msize加1S=? 是否用其他算法繼續(xù)結 束NY1234YN提示出錯，重新輸入三、系統框圖一、 運行結果運行程序：a、 終端先顯示：Start memory management.Producing address flow, wait for while, please.b、 地址流、地址頁號流生成后，終端顯示：The

15、re are algorithms in the program1、 Optimization algorithm2、 Least recently used algorithm3、 First in first out algorithm4、 Least frequently used algorithmSelect an algorithm number, please.用戶輸入適當淘汰算法的號碼，并按回車，若是第一次選擇，輸出相應的地址頁號流。然后輸出該算法分別計算的用戶內存從2k32k時的命中率，若輸入的號碼不再14中，則顯示：there is not the algorithm in the program,并重復b。c、 輸出結果后，終端顯示 “do you try again with anther algorithm(y/n)”。若鍵入y則重復b,否則結束。（一般講四種算法都用過后結束，以便比較）。二、 運行結果討論1、 比較各種算法的命中率2、 分析當用戶內存容量增加是對命中率的影響七、實驗報告主要包括實