操作系統(tǒng)一個(gè)小型操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)新編

南通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專南通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：時(shí)間：操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告操作系統(tǒng)模擬算法課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)要求將本學(xué)期三次的實(shí)驗(yàn)集成實(shí)現(xiàn)：處理機(jī)管理；存儲(chǔ)器管理；虛擬存儲(chǔ)器的缺頁調(diào)度。設(shè)計(jì)流程圖主流程圖開始的圖形界面開始的圖形界面存儲(chǔ)器管理缺頁調(diào)度處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理缺頁調(diào)度處理機(jī)管理LRU算法先進(jìn)先出最佳適應(yīng)法首次適應(yīng)法先來先服務(wù) LRU算法先進(jìn)先出最佳適應(yīng)法首次適應(yīng)法先來先服務(wù)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)A.處理機(jī)調(diào)度1)先來先服務(wù)FCFS開始開始初始化進(jìn)程控制塊，讓進(jìn)程控制塊按進(jìn)程到達(dá)先后順序讓進(jìn)程排隊(duì)初始化進(jìn)程控制塊，讓進(jìn)程控制塊按進(jìn)程到達(dá)先后順序讓進(jìn)程排隊(duì)調(diào)度數(shù)組中首個(gè)進(jìn)程，并讓數(shù)組中的下一位移到首位調(diào)度數(shù)組中首個(gè)進(jìn)程，并讓數(shù)組中的下一位移到首位計(jì)算并打印進(jìn)程的完成時(shí)刻、周轉(zhuǎn)時(shí)間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算并打印進(jìn)程的完成時(shí)刻、周轉(zhuǎn)時(shí)間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間其中：周轉(zhuǎn)時(shí)間=完成時(shí)間-到達(dá)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間=周轉(zhuǎn)時(shí)間/服務(wù)時(shí)間更改計(jì)時(shí)器的當(dāng)前時(shí)間,即下一刻進(jìn)程的開始時(shí)間更改計(jì)時(shí)器的當(dāng)前時(shí)間,即下一刻進(jìn)程的開始時(shí)間當(dāng)前時(shí)間=前一進(jìn)程的完成時(shí)間+其服務(wù)時(shí)間數(shù)組為空數(shù)組為空NY結(jié)束結(jié)束先來先服務(wù)算法流程2)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法流程圖B.存儲(chǔ)器管理(可變式分區(qū)管理）1)首次適應(yīng)法分配流程圖開始申請(qǐng)xkb內(nèi)存開始申請(qǐng)xkb內(nèi)存由鏈頭找到第一個(gè)空閑區(qū)分區(qū)大小≥xkb？大于分區(qū)大小=分區(qū)大小-xkb，修改下一個(gè)空閑區(qū)的后向指針內(nèi)容為（后向指針）+xkb;修改上一個(gè)空閑區(qū)的前向指針為（前向指針）+xkb將該空閑區(qū)從鏈中摘除：修改下一個(gè)空閑區(qū)的后向地址=該空閑區(qū)后向地址，修改上一個(gè)空閑區(qū)的前向指針為該空閑區(qū)的前向指針等于小于延鏈查找下一個(gè)空閑區(qū)到鏈尾了？作業(yè)等待返回是否登記已分配表返回分配給進(jìn)程的內(nèi)存首地址首次適應(yīng)算法回收流程圖開始開始輸入完成進(jìn)程的標(biāo)號(hào)在分配區(qū)表中查找釋放區(qū)p下鄰分區(qū)空閑區(qū)前一個(gè)空閑區(qū)的后向指針指向p的后一個(gè)分區(qū)，p的后一個(gè)分區(qū)的前向指針指向p的前一個(gè)分區(qū)，且p的前一個(gè)分區(qū)大小更改為加上p的大小，釋放p釋放區(qū)p上鄰分區(qū)空前一個(gè)分區(qū)的后向指針指向p的后一個(gè)空閑分區(qū)，p的后一個(gè)空閑分區(qū)的前向指針指向p的前一個(gè)分區(qū)，且p的后一個(gè)分區(qū)大小更改為加上p的大小釋放區(qū)p上下均鄰空閑區(qū)前一個(gè)空閑區(qū)的后向指針指向p的后一個(gè)空閑分區(qū)，p的后一個(gè)空閑分區(qū)的前向指針指向p的前一個(gè)空閑分區(qū)，且p的前一個(gè)空閑分區(qū)大小更改為加上p的大小再加上p的后一個(gè)空閑分區(qū)的大小，合并后的這個(gè)空閑區(qū)的后向指針指向p的下下個(gè)分區(qū)，如果p的下下個(gè)分區(qū)不為空，則其前向指針指向合并后的這個(gè)空閑區(qū)，釋放p和p的下一個(gè)分區(qū)釋放區(qū)p上下均不鄰空閑區(qū)將p放在鏈?zhǔn)祝⑿薷钠錉顟B(tài)位為空閑最佳適應(yīng)法開始釋放分區(qū)與上空閑分區(qū)相鄰開始釋放分區(qū)與上空閑分區(qū)相鄰釋放分區(qū)與下空閑分區(qū)相鄰結(jié)束釋放分區(qū)與下空閑分區(qū)相鄰TFTFTF摘除鏈表中上分區(qū)。合并釋放分區(qū)與上分區(qū)，將上空閑區(qū)長(zhǎng)度修改為這二分區(qū)的長(zhǎng)度。摘除鏈表中上下分區(qū)。合并這三個(gè)分區(qū)，將上空閑區(qū)長(zhǎng)度修改為三個(gè)分區(qū)的長(zhǎng)度。摘除鏈表中下分區(qū)。合并釋放分區(qū)與下分區(qū)，將釋放分區(qū)中長(zhǎng)度修改為這二分區(qū)的長(zhǎng)度。將合并的或釋放的分區(qū)按長(zhǎng)度升序重新插入到自由鏈表中。C.虛擬存儲(chǔ)器的缺頁調(diào)度1)先進(jìn)先出FIFO開始FIFO的缺頁中斷處理開始FIFO的缺頁中斷處理查主存分塊表查主存分塊表有空閑塊可用？有空閑塊可用？Y分配一塊Y分配一塊NNJ=p[HEAD]J=p[HEAD]J的修改標(biāo)志=1？J的修改標(biāo)志=1？NNY輸出“Y輸出“將J頁復(fù)寫入交換區(qū)”輸出“輸出“裝入L頁”調(diào)整FIFO隊(duì)列，將L插入隊(duì)尾（HEAD=(HEAD+1)modM)調(diào)整FIFO隊(duì)列，將L插入隊(duì)尾（HEAD=(HEAD+1)modM)修改主存分塊表和頁表修改主存分塊表和頁表終止終止FIFO淘汰算法流程FIFO淘汰算法流程2）LRU開始LRU的缺頁中斷處理開始LRU的缺頁中斷處理查主存分塊表查主存分塊表有空閑塊可用？有空閑塊可用？Y分配一塊Y分配一塊NN找到棧底元素：J=p[M-1]找到棧底元素：J=p[M-1]J的修改標(biāo)志=1？J的修改標(biāo)志=1？NNY輸出“Y輸出“將J頁送到入交換區(qū)”輸出“輸出“裝入L頁”調(diào)整堆棧，使HEAD所指元素及以下的元素下移P[HEAD]=L調(diào)整堆棧，使HEAD所指元素及以下的元素下移P[HEAD]=L修改主存分塊表和頁表修改主存分塊表和頁表終止終止LRU淘汰算法流程LRU淘汰算法流程實(shí)現(xiàn)原理主界面設(shè)計(jì)一個(gè)框架分別去鏈接處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理和缺頁調(diào)度相關(guān)的程序。A.處理機(jī)調(diào)度1)先來先服務(wù)FCFS任務(wù)先來先服務(wù)的調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)處理機(jī)調(diào)度。要求實(shí)現(xiàn)對(duì)FCFS算法的模擬實(shí)現(xiàn)計(jì)算出該算法的平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間、平均帶權(quán)作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間。原理按作業(yè)到達(dá)CPU時(shí)間先后順序進(jìn)行非剝奪式調(diào)度，先到達(dá)CPU的作業(yè)先被執(zhí)行。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)structtask_struct{charname;/*進(jìn)程名稱*/intnumber;/*進(jìn)程編號(hào)*/floatcome_time;/*到達(dá)時(shí)間*/floatrun_begin_time;/*開始運(yùn)行時(shí)間*/floatrun_time;/*運(yùn)行時(shí)間*/floatrun_end_time;/*運(yùn)行結(jié)束時(shí)間*/intpriority;/*優(yōu)先級(jí)*/intorder;/*運(yùn)行次序*/intrun_flag;/*調(diào)度標(biāo)志*/}tasks[MAX];intfcfs()/*先來先服務(wù)算法*/進(jìn)程名鏈接指針到達(dá)時(shí)間估計(jì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法建立一個(gè)鏈表按照到達(dá)CPU的時(shí)間從小到大排列，只需從第一個(gè)作業(yè)（頭結(jié)點(diǎn)）依次調(diào)度到最后一個(gè)作業(yè)（尾結(jié)點(diǎn)）。運(yùn)行界面測(cè)試數(shù)據(jù)：作業(yè)名到達(dá)時(shí)間運(yùn)行時(shí)間A028B09C03執(zhí)行FCFS算法如下：2)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法任務(wù)只對(duì)進(jìn)程的運(yùn)行模擬，將其運(yùn)行時(shí)間加一，判斷要求運(yùn)行時(shí)間與已運(yùn)行時(shí)間是否相等，若相等則表示進(jìn)程結(jié)束，進(jìn)程退出調(diào)度，釋放資源。要求實(shí)現(xiàn)對(duì)RR算法的模擬實(shí)現(xiàn)顯示執(zhí)行完一個(gè)時(shí)間片的結(jié)果。原理時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法中，系統(tǒng)將所有的就程序按先來先服務(wù)的原則排成一個(gè)隊(duì)列，每次調(diào)度時(shí)，把CPU分配給隊(duì)首進(jìn)程，并令其執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片。當(dāng)執(zhí)行的時(shí)間片用完時(shí)，調(diào)度程序停止該進(jìn)程的執(zhí)行，并將它送往就緒隊(duì)列的末尾；然后，再把處理機(jī)分配給就緒隊(duì)列中新的隊(duì)首進(jìn)程，同時(shí)也讓它執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)temp->state='R';儲(chǔ)器管理(可變式分區(qū)管理）1)首次適應(yīng)法任務(wù)通過采用首次適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的分配與回收，并可以查看和顯示當(dāng)前內(nèi)存現(xiàn)狀。要求1.實(shí)現(xiàn)對(duì)FF算法的模擬實(shí)現(xiàn)2.輸入要進(jìn)行分配內(nèi)存的進(jìn)程ID和相應(yīng)所需內(nèi)存大小，回收內(nèi)存時(shí)輸入已運(yùn)行的進(jìn)程ID。原理FF算法要求空閑鏈已地址遞增的次序連接。分配內(nèi)存時(shí)，從鏈?zhǔn)组_始順序查找，直到找到第一個(gè)滿足要求的空間并分配給進(jìn)程，把分配后余下的空間仍然留在鏈表中。若從鏈?zhǔn)字伶溛捕疾粷M足要求，則分配失敗。該算法傾向于優(yōu)先使用低地址的空間。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)intconstMEMO=256;現(xiàn)對(duì)BF算法的模擬實(shí)現(xiàn)2.輸入要進(jìn)行分配內(nèi)存的進(jìn)程ID和相應(yīng)所需內(nèi)存大小，回收內(nèi)存時(shí)輸入需要回收的內(nèi)存塊。原理最佳適應(yīng)算法掃描整個(gè)未分配表或鏈表，從空閑區(qū)中挑選一個(gè)能滿足用戶進(jìn)程要求的最小分區(qū)進(jìn)行分配。此算法保證不會(huì)分割一個(gè)更大的區(qū)域，使得裝入大作業(yè)的要求容易得到滿足，同時(shí)，通常把空閑區(qū)按長(zhǎng)度遞增順序排列，查找時(shí)總是從最小的一個(gè)空閑區(qū)開始，直至找到滿足要求的分區(qū)為止，這時(shí)，最佳適應(yīng)分配算法等同于首次適應(yīng)算法。此算法的主存利用率好，所找出的分區(qū)如果最好滿足要求則是最合適的。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)intconstMEMO=256;擬存儲(chǔ)器的缺頁調(diào)度1)先進(jìn)先出FIFO任務(wù)采用先進(jìn)先出FIFO算法實(shí)現(xiàn)分頁管理的缺頁調(diào)度，并輸出每次調(diào)入調(diào)出的頁號(hào)和運(yùn)行結(jié)果。要求1.實(shí)現(xiàn)對(duì)FIFO算法的模擬實(shí)現(xiàn)2.輸出每次執(zhí)行的結(jié)果。原理基于程序總是按線性順序來訪問物理空間這一假設(shè)，總是淘汰最先調(diào)入主存的頁面，即淘汰在主存中駐留時(shí)間最長(zhǎng)的頁面，認(rèn)為駐留時(shí)間最長(zhǎng)的頁不再使用的可能性較大。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)voidFIFO(){ intlength; intfifo[100]={0}; intpageLength; intfifoPage[100]={0}; inti,j; cout<<"***********************先進(jìn)先出算法**************************"<<endl; pageLength=3; length=9; for(i=1;i<=length;i++){ intflag=0; for(j=1;j<=pageLength;j++){ if(fifo[i]==fifoPage[j]){ flag=1; j=pageLength+1; }elseif(fifoPage[j]==0){ fifoPage[j]=fifo[i]; j=pageLength+1; flag=1; } }if(flag==1) { } else { cout<<"→淘汰"<<fifoPage[1]<<endl; for(j=1;j<=pageLength;j++){ fifoPage[j]=fifoPage[j+1]; } fifoPage[pageLength]=fifo[i]; }實(shí)現(xiàn)方法當(dāng)采用先進(jìn)先出算法時(shí)，用一個(gè)數(shù)組構(gòu)成先進(jìn)先出隊(duì)列，數(shù)組中各個(gè)元素為進(jìn)程已在主存的頁號(hào)，其隊(duì)列頭指針初始化為0.假設(shè)分配給每個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存塊數(shù)固定。當(dāng)隊(duì)列滿需淘汰時(shí)，淘汰最先進(jìn)入主存的一頁。若該頁修改過，還有存入磁盤。然后要把當(dāng)前訪問的頁裝入該塊，并修改頁表和存儲(chǔ)分塊表的對(duì)應(yīng)標(biāo)志。運(yùn)行界面測(cè)試數(shù)據(jù)：頁表長(zhǎng)度：9；頁框長(zhǎng)度：3；頁面請(qǐng)求數(shù)列：4,4,3,5,1,1,2,3,2執(zhí)行先進(jìn)先出FIFO算法結(jié)果如下：2）LRU任務(wù)采用先進(jìn)先出LRU算法實(shí)現(xiàn)分頁管理的缺頁調(diào)度，并輸出每次調(diào)入調(diào)出的頁號(hào)和運(yùn)行結(jié)果。要求1.實(shí)現(xiàn)對(duì)LRU算法的模擬實(shí)現(xiàn)2.輸出每次執(zhí)行的結(jié)果。原理最近最少使用頁面替換算法淘汰的頁面是在最近一段時(shí)間內(nèi)最久未被訪問的那一頁，它是基于程序局部性原理來考慮的，認(rèn)為那些剛被使用過的頁面可能還有立即被使用，而那些在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)未被使用的頁面可能不會(huì)立即使用。在分頁虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中，當(dāng)硬件發(fā)出缺頁中斷后轉(zhuǎn)操作系統(tǒng)處理缺頁中斷。如果主存中已無空閑塊，可采用LRU算法進(jìn)行缺頁處理。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)voidLRU(){ intlength; intlru[100]={0}; intpageLength; intlruPage[100]={0};inti,j; cout<<"***********************最近最少使用LRU算法***********************"<<endl; pageLength=3; length=9; for(i=1;i<=length;i++){ intflag=0; for(j=1;j<=pageLength;j++){ if(lru[i]==lruPage[j]){ for(intcc=j;cc>0;cc--){ lruPage[cc]=lruPage[cc-1]; } lruPage[1]=lru[i]; flag=1; j=pageLength+1; }elseif(lruPage[j]==0){ for(intvv=j;vv>0;vv--){ lruPage[vv]=lruPage[vv-1]; } lruPage[1]=lru[i]; j=pageLength+1; flag=1; } }if(flag==1) { } else { cout<<"→淘汰"<<lruPage[pageLength]<<endl; for(j=pageLength;j>0;j--){ lruPage[j]=lruPage[j-1]; } lruPage[1]=lru[i]; }實(shí)現(xiàn)方法當(dāng)采用LRU算法時(shí)，用一個(gè)數(shù)組構(gòu)成堆棧，堆棧中各個(gè)元素為進(jìn)程已在主存的頁號(hào)，為了進(jìn)行頁面置換，可設(shè)置一個(gè)棧指針，初始化為0.假定分配給每個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存塊數(shù)固定不變。當(dāng)隊(duì)列滿需淘汰時(shí)，操作系統(tǒng)選擇棧底元素淘汰，其他元素向下移一個(gè)位置，將新調(diào)入頁放棧指針指示的棧頂。當(dāng)訪問的頁在棧中時(shí)，還應(yīng)調(diào)整頁從當(dāng)前位置到棧頂。運(yùn)行界面測(cè)試數(shù)據(jù)：頁表長(zhǎng)度：9；頁框長(zhǎng)度：3；頁面請(qǐng)求數(shù)列：2,3,5,1,5,5,4,4,3執(zhí)行最近最少使用LRU算法結(jié)果如下：總結(jié)與體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)于圖形界面設(shè)計(jì)有了一定的思路和看法，同時(shí)我對(duì)先來先服務(wù)、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法、先進(jìn)先出和最近最少使用算法有了更詳盡的認(rèn)識(shí)。在編程的過程中發(fā)現(xiàn)會(huì)用到大量的指針，用指針來操作大量的數(shù)據(jù)比較方便，但最后應(yīng)該記得釋放資源。從這次實(shí)驗(yàn)中我發(fā)現(xiàn)我對(duì)于c++掌握也有所不足，程序經(jīng)過了多次修改才得以完善，在以后應(yīng)該注重編程方面的訓(xùn)練。此外我還更深入的理解了各個(gè)進(jìn)程調(diào)度算法，及實(shí)現(xiàn)過程。在編寫程序時(shí)查詢了很多資料，間接提高了我的搜索能力。在此次課程設(shè)計(jì)過程中，對(duì)進(jìn)程的相關(guān)知識(shí)有了一定的加深。特別是對(duì)進(jìn)程的進(jìn)程控制塊的存在和價(jià)值有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在編寫程序的過程之中，對(duì)進(jìn)程自身信息的設(shè)計(jì)和管理以及調(diào)度的算法都有助于對(duì)書本知識(shí)的理解和掌握。特別是設(shè)計(jì)先來先服務(wù)調(diào)度算法和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的時(shí)候，對(duì)進(jìn)程的調(diào)度算法有了更好的深入理解。對(duì)進(jìn)程管理中的等待隊(duì)列，就緒隊(duì)列，時(shí)間片等概念有了更深刻的印象。在設(shè)計(jì)此模擬操作系統(tǒng)的課設(shè)中，也加深了對(duì)c++知識(shí)的把握。解決了一些以往在編程中遇到了困難。通過此次的課程設(shè)計(jì)，不僅提高了對(duì)操作系統(tǒng)的認(rèn)知，也在同時(shí)提高了編程的能力，加強(qiáng)了實(shí)踐。另外，我覺得此次課程設(shè)計(jì)雖然主要問題是在編程上，但是經(jīng)過不斷的去調(diào)試，還是成功的調(diào)試了出來。但是這幾個(gè)程序用了多天的時(shí)間進(jìn)行分析和修改，雖然出現(xiàn)了不少問題，但收獲頗多！源代碼：#include<iostream>#include<cstring>#include<cstddef>usingnamespacestd;intfcfsoutput();/*調(diào)度結(jié)果輸出*/intfcfsinput();un_begin_time=time_temp;tasks[i].run_end_time=tasks[i].run_begin_time+tasks[i].run_time;tasks[i].run_flag=1;time_temp=tasks[i].run_end_time;number_schedul=i;tasks[number_schedul].order=i+1;}fcfsoutput();return0;}intfcfsinput(){ task_structtt;inti,j;un_time=28;tasks[1].run_time=9;tasks[2].run_time=3;ame='A'; tasks[1].name='B'; tasks[2].name='C'; cout<<"************************先來先服務(wù)算法************************"<<endl<<endl;for(i=0;i<counter;i++){tasks[i].run_begin_time=0;tasks[i].run_end_time=0;tasks[i].order=0;tasks[i].run_flag=0;}return0;}intfcfsoutput()/*調(diào)度結(jié)果輸出*/{inti;floatturn_round_time=0,f1,w=0;cout<<"作業(yè)名到達(dá)時(shí)間運(yùn)行時(shí)間開始時(shí)間停止時(shí)間運(yùn)行次序周轉(zhuǎn)時(shí)間"<<endl;for(i=0;i<counter;i++){f1=tasks[i].run_end_time-tasks[i]e_time;turn_round_time+=f1;w+=(f1/tasks[i].run_time);cout<<""<<tasks[i].name<<'\t'<<""<<tasks[i]e_time<<'\t'<<""<<tasks[i].run_time<<'\t'<<""<<tasks[i].run_begin_time<<'\t'<<""<<tasks[i].run_end_time<<'\t'<<tasks[i].order<<'\t'<<f1<<'\t'<<endl;}cout<<"平均周轉(zhuǎn)時(shí)間："<<turn_round_time/counter<<endl;cout<<"平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間："<<w/counter<<endl;cout<<"";return0;}/**/intrr(){intn=3,num=0;node*head=NULL;node*tail=NULL;cout<<"*********************時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法*********************"<<endl<<endl;for(inti=0;i<n;i++){node*temp=newnode; if(i==0)strcpy(temp->name,"A");