計算機操作系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書(羅曉清)

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

2、尤其是操作系統(tǒng)的核心功能。同時還希望通過實驗進一步提高學(xué)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(diào)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(diào)度實驗學(xué)時：4學(xué)時實驗類型：設(shè)計實驗要求：必修一、 實驗?zāi)康亩嗟莱绦蛟O(shè)計中，經(jīng)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(diào)度。本實驗?zāi)M在單處理機情況下的處理機調(diào)度問題，加深對進程調(diào)度的理解。二、 實驗內(nèi)容1 優(yōu)先權(quán)法、輪轉(zhuǎn)法簡化假設(shè)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(quán)法動態(tài)優(yōu)先權(quán)當(dāng)前運行進程用完時間片后，其優(yōu)先權(quán)減去一個常數(shù)。2） 輪轉(zhuǎn)法三、 流程圖開始鍵盤輸入進程數(shù)n，和調(diào)度方法的選擇優(yōu)先權(quán)法？輪轉(zhuǎn)法產(chǎn)生n個進程，對每個進程產(chǎn)生一個PCB，并用隨機數(shù)產(chǎn)生進程的優(yōu)先權(quán)及進程所需的CPU時間按優(yōu)先權(quán)大小，把n個進程拉成一個就緒隊列初始化其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)鏈?zhǔn)走M程投入運行時間片到，進程所需的CPU時間減1，優(yōu)先權(quán)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(jié)束將進程插入就緒隊列NYNYYBN產(chǎn)生n個進程，對每個進程用隨機數(shù)產(chǎn)生進程的輪轉(zhuǎn)時間片數(shù)及進程所需的時間片數(shù)，已

4、占用CPU的時間片數(shù)置為0按進程產(chǎn)生的先后次序拉成就緒隊列鏈鏈?zhǔn)走M程投入運行時間片到，進程所需時間片數(shù)減1，已占用CPU時間片數(shù)加1輸出各進程的運行情況進程所需時間片數(shù)=0？撤銷該進程就緒隊列為空嗎？占用CPU的時間片數(shù)=輪轉(zhuǎn)時間片數(shù)？占用CPU的時間片數(shù)置為0把該進程插入就緒隊列尾BNYNYY結(jié)束N四、實驗要求開始鍵盤輸入進程數(shù)n，和調(diào)度方法的選擇優(yōu)先權(quán)法？輪轉(zhuǎn)法產(chǎn)生n個進程，對每個進程產(chǎn)生一個PCB，并用隨機數(shù)產(chǎn)生進程的優(yōu)先權(quán)及進程所需的CPU時間按優(yōu)先權(quán)大小，把n個進程拉成一個就緒隊列初始化其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)鏈?zhǔn)走M程投入運行時間片到，進程所需的CPU時間減1，優(yōu)先權(quán)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(jié)束將進程插入就緒隊列NYNYYBN1 產(chǎn)生的各種隨機數(shù)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(shù)n不要太大通常取48個3 使用動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4 獨立編程5 至少三種調(diào)度算法五、實驗報告主要包括實驗預(yù)習(xí)和實驗報告兩部分。學(xué)生在上機做實驗前，要根據(jù)教師布置的題目，對實驗內(nèi)容應(yīng)作相應(yīng)的預(yù)習(xí)，編寫相關(guān)程序，準(zhǔn)備好測試數(shù)據(jù)，進行靜態(tài)檢查后方可上機。實驗結(jié)束后，根據(jù)實驗過程和結(jié)果寫出實驗報告，主要內(nèi)容包括對實驗數(shù)據(jù)、實驗中的特殊現(xiàn)象、實驗操作的成敗、實驗的關(guān)鍵點等內(nèi)容進行整理、解釋、分析總結(jié)，回答思考題，提出實驗結(jié)論或提出自己的看法等。嚴(yán)

6、禁抄襲或拷貝他人的成果，自覺培養(yǎng)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。六、其它說明學(xué)生在實驗過程中應(yīng)遵守實驗室的各項規(guī)章制度，注意人身和設(shè)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(xué)時：4學(xué)時實驗類型：設(shè)計實驗要求：必修一、 實驗?zāi)康乃梨i會引起計算機工作僵死，因此操作系統(tǒng)中必須防止。本實驗的目的在于讓學(xué)生獨立的使用高級語言編寫和調(diào)試一個系統(tǒng)動態(tài)分配資源的簡單模擬程序，了解死鎖產(chǎn)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(shè)計有n個進程共享m個系統(tǒng)資源的系統(tǒng)，進程可動態(tài)的申請和釋放資源，系統(tǒng)按各進程的申請動態(tài)的分配資源。系統(tǒng)能顯示各個進程申請和

7、釋放資源，以及系統(tǒng)動態(tài)分配資源的過程，便于用戶觀察和分析；三、 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1 可利用資源向量Available ，它是一個含有m個元素的數(shù)組，其中的每一個元素代表一類可利用的資源的數(shù)目，其初始值是系統(tǒng)中所配置的該類全部可用資源數(shù)目。其數(shù)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(biāo)是系統(tǒng)中現(xiàn)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(tǒng)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(shù)目為k。3 分配矩陣Allocation，這是一個n×m的矩陣，它定義了系統(tǒng)中的每

8、類資源當(dāng)前一分配到每一個進程的資源數(shù)。如果Allocation（i，j）=k，表示進程i當(dāng)前已經(jīng)分到Rj類資源的數(shù)目為k。Allocation i表示進程i的分配向量，有矩陣Allocation的第i行構(gòu)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(shù)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(wù)。Need i表示進程i的需求向量，由矩陣Need的第i行構(gòu)成。上述三個矩陣間存在關(guān)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(shè)置兩個向量。W

9、ork：它表示系統(tǒng)可提供給進程繼續(xù)運行的各類資源數(shù)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(tǒng)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(dāng)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(dāng)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(yīng)執(zhí)行Work = work + Allocation i Finish（i）=true；轉(zhuǎn)

10、向步驟2；4 若所有進程的Finish（i）都為true，則表示系統(tǒng)處于安全狀態(tài)；否則，系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。六、流程開 始輸入資源數(shù)m, 及各類資源總數(shù)，初始化Available向量輸入進程數(shù)n，i=1輸入進程i的最大需求向量max。inmax資源總數(shù)提示錯誤重新輸入i加1任選一個進程作為當(dāng)前進程輸入該進程的資源請求量Request 調(diào)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(jié)束Need矩陣為0所有進程運行都結(jié)束結(jié) 束NYYNNY初始化need 矩陣NY七、實驗報告主要包括實驗預(yù)習(xí)和實驗報告兩部分。學(xué)生在上機做實驗前，要根據(jù)教師布置的題目，對實驗內(nèi)

11、容應(yīng)作相應(yīng)的預(yù)習(xí)，編寫相關(guān)程序，準(zhǔn)備好測試數(shù)據(jù)，進行靜態(tài)檢查后方可上機。實驗結(jié)束后，根據(jù)實驗過程和結(jié)果寫出實驗報告，主要內(nèi)容包括對實驗數(shù)據(jù)、實驗中的特殊現(xiàn)象、實驗操作的成敗、實驗的關(guān)鍵點等內(nèi)容進行整理、解釋、分析總結(jié)，回答思考題，提出實驗結(jié)論或提出自己的看法等。嚴(yán)禁抄襲或拷貝他人的成果，自覺培養(yǎng)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。八、其它說明學(xué)生在實驗過程中應(yīng)遵守實驗室的各項規(guī)章制度，注意人身和設(shè)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(xué)時：4學(xué)時實驗類型：設(shè)計實驗要求：必修一、實驗?zāi)康拇鎯芾淼闹饕δ苤皇呛侠淼胤峙淇臻g。請求頁式管理是一種常用的虛擬存儲管理技術(shù)。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(shè)計，了解虛擬存儲技術(shù)的特點，掌握請求頁式存儲管理的頁面置換算法。二、實驗內(nèi)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(nèi)存容量對命中率的影響。頁面失效次數(shù)為每次訪問相應(yīng)指令時，該指令所對應(yīng)的頁不在內(nèi)存中的次數(shù)。在本實驗中，假定頁面大小為1k，用戶虛存容量為32k，用戶內(nèi)存容量為4頁到32頁。（2） produce_addstream通過隨機數(shù)產(chǎn)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(fù)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(yīng)虛存地址為0，9）；第10條第19條指令為第1頁（對應(yīng)虛存地址為10，19）；。第310條第319條指令為第31頁（對應(yīng)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(nèi)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(nèi)存空間msize=2Msize32 OPT()FIFO()LRU()LFU()Msize加1S=? 是否用其他算法繼續(xù)結(jié) 束NY1234YN提示出錯，重新輸入三、系統(tǒng)框圖一、 運行結(jié)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(dāng)淘汰算法的號碼，并按回車，若是第一次選擇，輸出相應(yīng)的地址頁號流。然后輸出該算法分別計算的用戶內(nèi)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(fù)b。c、 輸出結(jié)果后，終端顯示 “do you try again with anther algorithm(y/n)”。若鍵入y則重復(fù)b,否則結(jié)束。（一般講四種算法都用過后結(jié)束，以便比較）。二、 運行結(jié)果討論1、 比較各種算法的命中率2、 分析當(dāng)用戶內(nèi)存容量增加是對命中率的影響七、實驗報告主要包括實