操作系統(tǒng)課程設(shè)計

1、操作系統(tǒng)課程設(shè)計湖南科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院操作系統(tǒng)課程設(shè)計報告 學(xué) 號 ： * 姓 名 ： * * 班 級 ： *指導(dǎo)老師： *完成時間： *.*.* 目錄 實驗一 Windows進(jìn)程管理 實驗二 Linux進(jìn)程管理 實驗三 互斥與同步 實驗四 銀行家算法的模擬與實現(xiàn) 實驗五 內(nèi)存管理 實驗六 磁盤調(diào)度 實驗七 進(jìn)程間通信實驗一 Windows進(jìn)程管理1、 實驗?zāi)康?） 學(xué)會使用 VC 編寫基本的 Win32 Consol Application（控制臺應(yīng)用程序)。2）通過創(chuàng)建進(jìn)程、觀察正在運行的進(jìn)程和終止進(jìn)程的程序設(shè)計和調(diào)試操作，進(jìn)一步熟悉操作系統(tǒng)的進(jìn)程概念，理解 Windows 進(jìn)程

2、的“一生”。3）通過閱讀和分析實驗程序，學(xué)習(xí)創(chuàng)建進(jìn)程、觀察進(jìn)程、終止進(jìn)程以及父子進(jìn)程同步的基本程序設(shè)計方法。二、實驗內(nèi)容和步驟（1）編寫基本的 Win32 Consol Application 步驟1：登錄進(jìn)入 Windows 系統(tǒng)，啟動 VC+ 。 步驟2：在“FILE”菜單中單擊“NEW”子菜單，在“projects”選項卡中選擇“Win32 ConsolApplication”,然后在“Project name”處輸入工程名，在“Location” 處輸入工程目錄。創(chuàng)建一個新的控制臺應(yīng)用程序工程。 步驟3：在“FILE”菜單中單擊“NEW”子菜單，在“Files”選項卡中選擇“C+ So

3、urce File”,然后在“File” 處輸入 C/C+源程序的文件名。 步驟4：將清單 1-1 所示的程序清單復(fù)制到新創(chuàng)建的 C/C+源程序中。編譯成可執(zhí)行文件。 步驟5：在“開始”菜單中單擊“程序”-“附件”-“命令提示符”命令，進(jìn)入 Windows“命令提示符”窗口，然后進(jìn)入工程目錄中的 debug 子目錄，執(zhí)行編譯好的可執(zhí)行程序，列出運行結(jié)果(如果運行不成功，則可能的原因是什么) 如果運行不成功 可能是路徑有問題或者沒有通過編譯。（2） 創(chuàng)建進(jìn)程 本實驗顯示了創(chuàng)建子進(jìn)程的基本框架。該程序只是再一次地啟動自身，顯示它的系統(tǒng)進(jìn)程 ID和它在進(jìn)程列表中的位置。 步驟1：創(chuàng)建一個“Win32

4、 Consol Application”工程，然后拷貝清單 1-2 中的程序編譯成可執(zhí)行文件。 步驟2：在“命令提示符”窗口運行步驟 1 中生成的可執(zhí)行文件，列出運行結(jié)果。按下ctrl+alt+del，調(diào)用 windows 的任務(wù)管理器，記錄進(jìn)程相關(guān)的行為屬性。運行結(jié)果： 步驟3：在“命令提示符”窗口加入?yún)?shù)重新運行生成的可執(zhí)行文件，列出運行結(jié)果。按下ctrl+alt+del，調(diào)用 windows 的任務(wù)管理器，記錄進(jìn)程相關(guān)的行為屬性。運行結(jié)果： 步驟4：nclone為線程開始運行的編號,當(dāng)nclone的值大于或者等于c_nCloneMax時程序運行一次即跳出;變量的定義和初始化方法（位置）對

5、程序的執(zhí)行結(jié)果有影響;(3)父子進(jìn)程的簡單通信及終止進(jìn)程 步驟1： 創(chuàng)建一個“Win32 Consol Application”工程，然后拷貝清單 1-3 中的程序，編譯成可執(zhí)行文件。 步驟2：在 VC 的工具欄單擊“ Execute Program” (執(zhí)行程序) 按鈕，或者按 Ctrl + F5 鍵，或者在“命令提示符”窗口運行步驟 1 中生成的可執(zhí)行文件，列出運行結(jié)果。 步驟3： 按源程序中注釋中的提示，修改源程序 1-3，編譯執(zhí)行（執(zhí)行前請先保存已經(jīng)完成的工作），列出運行結(jié)果。在程序中加入跟蹤語句，或調(diào)試運行程序，同時參考 MSDN 中的幫助文件CreateProcess()的使用方法

6、，理解父子進(jìn)程如何傳遞參數(shù)。給出程序執(zhí)行過程的大概描述。通過main(int argc,char* argv)傳遞參數(shù)，每次運行時先檢測argc的值，若小于1程序運行結(jié)束，否則繼續(xù)往下執(zhí)行 步驟4：按源程序中注釋中的提示，修改源程序 1-3，編譯執(zhí)行，列出運行結(jié)果。 步驟5：參 考 MSDN 中 的 幫 助 文 件 CreateMutex() 、 OpenMutex() 、 ReleaseMutex() 和WaitForSingleObject()的使用方法，理解父子進(jìn)程如何利用互斥體進(jìn)行同步的。給出父子進(jìn)程同步過程的一個大概描述。CreateMutex()創(chuàng)建互斥體，OpenMutex()打

7、開互斥體，ReleaseMutex()釋放互斥體，WaitForSingleObject()檢測hHandle事件的信號狀態(tài)，通過這些方法可實現(xiàn)當(dāng)前只有一個進(jìn)程被創(chuàng)建或使用，實現(xiàn)進(jìn)程的同步。首先，進(jìn)程創(chuàng)建一個互斥體，打開互斥體，如遇到互斥，則進(jìn)行處理，處理完后，釋放互斥體，下面便是進(jìn)程等待一個要處理的項目3、 實驗心得與體會每個進(jìn)程都從調(diào)用CreateProcess()API函數(shù)開始,該函數(shù)的任務(wù)是在對象管理器子系統(tǒng)內(nèi)初始化進(jìn)程對象。每一進(jìn)程都以調(diào)用ExitProcess()或TerminateProcess()API函數(shù)終止。通常應(yīng)用程序的框架負(fù)責(zé)調(diào)用ExitProcess()函數(shù)。進(jìn)程都是

8、有始有終,其中有中斷,還有處理進(jìn)程間互斥的函數(shù),已達(dá)到進(jìn)程的完成后自然終止。實驗二 Linux進(jìn)程管理1、 實驗?zāi)康?通過進(jìn)程的創(chuàng)建、撤銷和運行加深對進(jìn)程概念和進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的理解，明確進(jìn)程和程序之間的區(qū)別。2、 背景知識在 Linux 中創(chuàng)建子進(jìn)程要使用 fork()函數(shù)，執(zhí)行新的命令要使用 exec（）系列函數(shù)，等待子進(jìn)程結(jié)束使用 wait（）函數(shù)，結(jié)束終止進(jìn)程使用 exit（）函數(shù)。fork()原型如下： pid_t fork(void); fork 建立一個子進(jìn)程，父進(jìn)程繼續(xù)運行，子進(jìn)程在同樣的位置執(zhí)行同樣的程序。對于父進(jìn)程，fork()返回子進(jìn)程的 pid, 對于子進(jìn)程， fork()

9、返回 0。出錯時返回-1。 exec 系列有 6 個函數(shù)，原型如下： extern char *environ; int execlp( const char *file, const char *arg, .); int execle( const char *path, const char *arg , ., char * const envp); int execv( const char *path, char *const argv); int execve (const char *filename, char *const argv , char *const envp); i

10、nt execvp( const char *file, char *const argv); exec 系列函數(shù)用新的進(jìn)程映象置換當(dāng)前的進(jìn)程映象.這些函數(shù)的第一個參數(shù)是待執(zhí)行程序的路徑名(文件名)。這些函數(shù)調(diào)用成功后不會返回,其進(jìn)程的正文(text),數(shù)據(jù)(data)和棧(stack)段被待執(zhí)行程序程序覆蓋。但是進(jìn)程的 PID 和所有打開的文件描述符沒有改變,同時懸掛信號被清除，信號重置為缺省行為。 在函數(shù) execl,execlp,和 execle 中, const char *arg 以及省略號代表的參數(shù)可被視為 arg0,arg1, .,argn。它們合起來描述了指向 NULL 結(jié)尾的

11、字符串的指針列表，即執(zhí)行程序的參數(shù)列表。作為約定,第一個 arg 參數(shù)應(yīng)該指向執(zhí)行程序名自身,參數(shù)列表必須用 NULL 指針結(jié)束。 execv 和 execvp 函數(shù)提供指向 NULL 結(jié)尾的字符串的指針數(shù)組作為新程序的參數(shù)列表。作為約定，指針數(shù)組中第一個元素應(yīng)該指向執(zhí)行程序名自身。指針數(shù)組必須用 NULL 指針結(jié)束。 execle 函數(shù)同時說明了執(zhí)行進(jìn)程的環(huán)境(environment),它在 NULL 指針后面要求一個附加參數(shù),NULL 指針用于結(jié)束參數(shù)列表,或者說,argv 數(shù)組。這個附加參數(shù)是指向 NULL 結(jié)尾的字符串的指針數(shù)組,它必須用 NULL 指針結(jié)束。其它函數(shù)從當(dāng)前進(jìn)程的 en

12、viron 外部變量中獲取新進(jìn)程的環(huán)境。 execlp和execvp可根據(jù)path搜索合適的程序運行，其它則需要給出程序全路徑。 execve（）類似 execv（），但是加上了環(huán)境的處理。 wait（） , waitpid（）可用來等待子進(jìn)程結(jié)束。函數(shù)原型： #include <sys/> pid_t wait(int *stat_loc); pid_t waitpid(pid_t pid, int *stat_loc,int options);當(dāng)進(jìn)程調(diào)用 wait，它將進(jìn)入睡眠狀態(tài)直到有一個子進(jìn)程結(jié)束。 wait 函數(shù)返回子進(jìn)程的進(jìn)程 id，stat_loc 中返回子進(jìn)程的退出

13、狀態(tài)。 waitpid 的第一個參數(shù) pid 的意義： pid > 0: 等待進(jìn)程 id 為 pid 的子進(jìn)程。 pid = 0: 等待與自己同組的任意子進(jìn)程。 pid = -1: 等待任意一個子進(jìn)程pid < -1: 等待進(jìn)程組號為-pid 的任意子進(jìn)程。因此， wait(&stat)等價于 waitpid(-1, &stat, 0)， waitpid 第三個參數(shù) option 可以是 0， WNOHANG,WUNTRACED 或這幾者的組合。三、實驗內(nèi)容與步驟（1）進(jìn)程的創(chuàng)建任務(wù)要求：編寫一段程序，使用系統(tǒng)調(diào)用 fork（）創(chuàng)建兩個子進(jìn)程。當(dāng)此程序行 在系統(tǒng)中有

14、一個父進(jìn)程和兩個子進(jìn)程活動。讓每一個進(jìn)程在屏幕上顯示一個字符：父進(jìn)程顯示字符“ a”；兩子進(jìn)程分別顯示字符“ b”和字符“ c”。 步驟 1：使用 vi 或 gedit 新建一個 程序，然后拷貝清單 2-1 中的程序，使用 cc或者 gcc 編譯成可執(zhí)行文件 fork_demo。例如，可以使用 gcc o fork_demo 完成編譯。 步驟 2：在命令行輸入./fork_demo 運行該程序。 （2） 子進(jìn)程執(zhí)行新任務(wù) 任務(wù)要求：編寫一段程序，使用系統(tǒng)調(diào)用 fork（）創(chuàng)建一個子進(jìn)程。子進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用 exec更換自己原有的執(zhí)行代碼，轉(zhuǎn)去執(zhí)行 Linux 命令/bin/ls (顯示當(dāng)前目錄

15、的列表)，然后調(diào)用 exit（）函數(shù)結(jié)束。父進(jìn)程則調(diào)用 waitpid()等待子進(jìn)程結(jié)束，并在子進(jìn)程結(jié)束后顯示子進(jìn)程的標(biāo)識符，然后正常結(jié)束。程序執(zhí)行過程如圖 2-1 所示。 步驟 1：使用 vi 或 gedit 新建一個 程序，然后拷貝清單 2-2 中的程序（該程序的執(zhí)行如圖 2-1 所示），使用 cc 或者 gcc 編譯成可執(zhí)行文件 exec_demo。例如，可以使用 gcc o exec_demo 完成編譯。 步驟 2：在命令行輸入./exec_demo 運行該程序。 步驟 3：觀察該程序在屏幕上的顯示結(jié)果，并分析。 圖2-1 程序的執(zhí)行過程4、 實驗心得及體會這個課題的實驗讓我學(xué)會了Wi

16、ndows系統(tǒng)下虛擬機中的基本程序的編寫，第一次在虛擬級的環(huán)境中編寫了這一個程序。并通過進(jìn)程的創(chuàng)建。撤銷和運行加深對進(jìn)程概念和進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的理解，明確了進(jìn)程和程序之間的區(qū)別。實驗三 互斥與同步一、實驗?zāi)康?)回顧操作系統(tǒng)進(jìn)程、線程的有關(guān)概念，加深對 Windows 線程的理解。2)了解互斥體對象，利用互斥與同步操作編寫生產(chǎn)者-消費者問題的并發(fā)程序，加深對 P (即semWait)、 V(即 semSignal)原語以及利用 P、 V 原語進(jìn)行進(jìn)程間同步與互斥操作的理解。二、實驗內(nèi)容和步驟1）生產(chǎn)者消費者問題步驟 1：創(chuàng)建一個“Win32 Consol Application”工程，然后拷貝清單

17、 3-1 中的程序，編譯成可執(zhí)行文件。 步驟 2：在“命令提示符”窗口運行步驟 1 中生成的可執(zhí)行文件，列出運行結(jié)果。 步驟 3：仔細(xì)閱讀源程序，找出創(chuàng)建線程的 WINDOWS API 函數(shù)，回答下列問題：線程的第一個執(zhí)行函數(shù)是什么（從哪里開始執(zhí)行）它位于創(chuàng)建線程的 API 函數(shù)的第幾個參數(shù)中答：第一個執(zhí)行函數(shù)是Producer；位于創(chuàng)建線程API函數(shù)的第三個參數(shù)中 步驟 4：修改清單 3-1 中的程序，調(diào)整生產(chǎn)者線程和消費者線程的個數(shù)，使得消費者數(shù)目大與生產(chǎn)者，看看結(jié)果有何不同。察看運行結(jié)果，從中你可以得出什么結(jié)論當(dāng)生產(chǎn)者數(shù)目大于消費者時，生產(chǎn)者需要等待消費者；當(dāng)消費者數(shù)目大于生產(chǎn)者時，消費

18、者要經(jīng)常等待. 步驟 5：修改清單 3-1 中的程序，按程序注釋中的說明修改信號量 EmptySemaphore 的初始化方法，看看結(jié)果有何不同。 步驟 6：根據(jù)步驟 4 的結(jié)果，并查看 MSDN，回答下列問題： 1）CreateMutex 中有幾個參數(shù)，各代表什么含義。有三個參數(shù)；1）LPSECURITY_ATTRIBUTESIpMutexAttributes代表安全屬性的指針2）BOOL bInitialOwner代表布爾 bInitialOwner3）LPCTSTR IpName代表LPCTSTR類型 IpName 2）CreateSemaphore 中有幾個參數(shù)，各代表什么含義，信號量

19、的初值在第幾個參數(shù)中。有四個參數(shù)；1)表示采用不允許繼承的默認(rèn)描述符；2)設(shè)置信號機的初始計數(shù)；3)設(shè)置信號機的最大計數(shù)；指定信號機對象的名稱.3）程序中 P、V 原語所對應(yīng)的實際 Windows API 函數(shù)是什么，寫出這幾條語句。P：WaitForSingleObject(EmptySemaphore, INFINITE); WaitForSingleObject(Mutex, INFINITE); WaitForSingleObject(FullSemaphore, INFINITE);V：ReleaseMutex(Mutex); ReleaseSemaphore(FullSemapho

20、re, 1, NULL); ReleaseSemaphore(EmptySemaphore, 1, NULL);4) CreateMutex 能用 CreateSemaphore 替代嗎嘗試修改程序 3-1，將信號量 Mutex 完全用CreateSemaphore 及相關(guān)函數(shù)實現(xiàn)。寫出要修改的語句?？梢裕籑utex = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, NULL); P：WaitForSingleObject(Mutex, INFINITE); V：ReleaseSemaphore(Mutex, 1, NULL); 3、 實驗總結(jié) 這次實驗加深了對Windows線程的理

21、解，了解互斥體對象，通過對生產(chǎn)者消費者等進(jìn)程間同步與互斥經(jīng)典算法的實現(xiàn)，加深對P、V原語以及利用P、V原語進(jìn)行進(jìn)程間同步與互斥操作的理解，將信號量看做生產(chǎn)或消費的一個對象，將信號量的生成和銷毀操作如同P操作和V操作一樣，生成者消費者問題模擬的就是對信號量的生成和銷毀，其中牽涉了信號量的同步，這也是該問題為何成為同步的經(jīng)典問題的原因。實驗四 銀行家算法的模擬與實現(xiàn)一、實驗?zāi)康?1) 進(jìn)一步了解進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行。(2) 加強對進(jìn)程死鎖的理解，理解安全狀態(tài)與不安全狀態(tài)的概念。(3) 掌握使用銀行家算法避免死鎖問題。二、實驗基本知識與原理1）基本概念 死鎖：多個進(jìn)程在執(zhí)行過程中，因為競爭資源會造成相互等

22、待的局面。如果沒有外力作用，這些進(jìn)程將永遠(yuǎn)無法向前推進(jìn)。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或者系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖。安全序列：系統(tǒng)按某種順序并發(fā)進(jìn)程，并使它們都能達(dá)到獲得最大資源而順序完成的序列為安全序列。 安全狀態(tài)：能找到安全序列的狀態(tài)稱為安全狀態(tài)，安全狀態(tài)不會導(dǎo)致死鎖。不安全狀態(tài)：在當(dāng)前狀態(tài)下不存在安全序列，則系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。2） 銀行家算法 銀行家算法顧名思義是來源于銀行的借貸業(yè)務(wù)，一定數(shù)量的本金要滿足多個客戶的借貸周轉(zhuǎn)，為了防止銀行家資金無法周轉(zhuǎn)而倒閉，對每一筆貸款，必須考察其是否能限期歸還。 在操作系統(tǒng)中研究資源分配策略時也有類似問題，系統(tǒng)中有限的資源要供多個進(jìn)程使用，必須保證得到的資源的進(jìn)程能在

23、有限的時間內(nèi)歸還資源，以供其它進(jìn)程使用資源。如果資源分配不當(dāng)，就會發(fā)生進(jìn)程循環(huán)等待資源，則進(jìn)程都無法繼續(xù)執(zhí)行下去的死鎖現(xiàn)象。 當(dāng)一進(jìn)程提出資源申請時，銀行家算法執(zhí)行下列步驟以決定是否向其分配資源： 1）檢查該進(jìn)程所需要的資源是否已超過它所宣布的最大值。 2）檢查系統(tǒng)當(dāng)前是否有足夠資源滿足該進(jìn)程的請求。 3）系統(tǒng)試探著將資源分配給該進(jìn)程，得到一個新狀態(tài)。3、 詳細(xì)設(shè)計 （1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 資源總量向量Resource，m 維，表示m種資源的總量。 可用資源向量Available，m 維，表示未分配的各種可用資源數(shù)量。 需求矩陣Claim， n*m 矩陣，表示 n 個進(jìn)程對 m 類資源的最大需求。 分

24、配矩陣 Allocation ， n*m 矩陣，表示 n 個進(jìn)程已分配的各種資源數(shù).（2）編程實現(xiàn)/*安全性檢查函數(shù)*/int chkerr()統(tǒng)執(zhí)行安全性算法第二部分主要是進(jìn)行資源的修改。在這里可以修改資源的可用資源和資源還需求資源。多個進(jìn)程同時運行時，系統(tǒng)根據(jù)各類系統(tǒng)資源的最大需求和各類系統(tǒng)的剩余資源為進(jìn)程安排安全序列，使得系統(tǒng)能快速且安全地運行進(jìn)程，不至發(fā)生死鎖。銀行家算法是避免死鎖的主要方法，其思路在很多方面都非常值得我們來學(xué)習(xí)借鑒。實驗五 內(nèi)存管理一、實驗?zāi)康?（1） 通過對 Windows xp“任務(wù)管理器”、“計算機管理”、“我的電腦”屬性、“系統(tǒng)信息”、“系統(tǒng)監(jiān)視器”等程序的應(yīng)

25、用，學(xué)習(xí)如何察看和調(diào)整 Windows 的內(nèi)存性能，加深對操作系統(tǒng)內(nèi)存管理、虛擬存儲管理等理論知識的理解。 （2）了解 Windows xp 的內(nèi)存結(jié)構(gòu)和虛擬內(nèi)存的管理，理解進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間和物理內(nèi)存的映射關(guān)系。二、實驗內(nèi)容和步驟 （1）觀察和調(diào)整 Windows XP 的內(nèi)存性能。 步驟 1：閱讀“背景知識”，請回答： 1) 什么是“分頁過程” 當(dāng) Windows 求助于硬盤以獲得虛擬內(nèi)存時，這個過程被稱為分頁 (paging) 。分頁就是將信息從主內(nèi)存移動到磁盤進(jìn)行臨時存儲的過程。 2) 什么是“內(nèi)存共享”應(yīng)用程序經(jīng)常需要彼此通信和共享信息。從性能的角度來看，共享內(nèi)存的能力大大減少了應(yīng)用

26、程序使用的內(nèi)存數(shù)量。運行一個應(yīng)用程序的多個副本時，每一個實例都可以使用相同的代碼和數(shù)據(jù)，這意味著不必維護(hù)所加載應(yīng)用程序代碼的單獨副本并使用相同的內(nèi)存資源。無論正在運行多少個應(yīng)用程序?qū)嵗浞种С謶?yīng)用程序代碼所需求的內(nèi)存數(shù)量都相對保持不變。 3) 什么是“未分頁合并內(nèi)存”和“分頁合并內(nèi)存”未分頁合并內(nèi)存：包含必須駐留在內(nèi)存中的占用代碼或數(shù)據(jù)，這些程序在系統(tǒng)重新啟動或關(guān)閉之前一直駐留在內(nèi)存的特定部分中。內(nèi)存中包含的進(jìn)程保留在主內(nèi)存中，并且不能交換到磁盤上物理內(nèi)存的這個部分用于內(nèi)核模式操作（例如，驅(qū)動程序）和必須保留在主內(nèi)存中才能有效工作的其他進(jìn)程。沒有主內(nèi)存的這個部分，內(nèi)核組件就將是可分頁的，系統(tǒng)

27、本身就有變得不穩(wěn)定的危險。分頁合并內(nèi)存：存儲遲早需要的可分頁代碼或數(shù)據(jù)的內(nèi)存部分，雖然可以將分頁合并內(nèi)存中的任何系統(tǒng)進(jìn)程交換到磁盤上，但是它臨時存儲在主內(nèi)存的這一部分，以防系統(tǒng)立刻需要它。在將系統(tǒng)進(jìn)程交換到磁盤上之前， Windows 會交換其他進(jìn)程。 Windows xp 中，未分頁合并內(nèi)存的最大限制是多少 最大限制為256MB 4) Windows xp 分頁文件默認(rèn)設(shè)置的最小容量和最大容量是多少步驟 2：登錄進(jìn)入 Windows xp。步驟 3：查看包含多個實例的應(yīng)用程序的內(nèi)存需求。1) 啟動想要監(jiān)視的應(yīng)用程序，例如 Word。2) 右鍵單擊任務(wù)欄以啟動“任務(wù)管理器”。3) 在“ Win

28、dows 任務(wù)管理器”對話框中選定“進(jìn)程”選項卡。4) 向下滾動在系統(tǒng)上運行的進(jìn)程列表，查找想要監(jiān)視的應(yīng)用程序。請在表 5-3 中記錄：表 5-3 實驗記錄映像名稱 PID CPU CPU時間 內(nèi)存使用1640000:00:0816996K *323548000:00:082048K *325836020:00:3859264K“內(nèi)存使用”列顯示了該應(yīng)用程序的一個實例正在使用的內(nèi)存數(shù)量。5) 啟動應(yīng)用程序的另一個實例并觀察它的內(nèi)存需求。請描述使用第二個實例占用的內(nèi)存與使用第一個實例時的內(nèi)存對比情況。步驟4：未分頁合并內(nèi)存估算未分頁合并內(nèi)存大小的最簡單方法是使用“任務(wù)管理器”。未分頁合并內(nèi)存的估

29、計值顯示在“任務(wù)管理器”的“性能”選項卡的“核心內(nèi)存”部分?？倲?shù) (K) ： 8122*_1024 分頁數(shù) ： 328*1024未分頁 (K) ： 116*1024還可以使用“任務(wù)管理器”查看一個獨立進(jìn)程正在使用的未分頁合并內(nèi)存數(shù)量和分頁合并內(nèi)存數(shù)量。操作步驟如下：1) 單擊“ Windows 任務(wù)管理器”的“進(jìn)程”選項卡，然后從“查看”菜單中選擇“選擇列”命令，顯示“進(jìn)程”選項卡的可查看選項。2) 在“選擇列”對話框中，選定“頁面緩沖池”選項和“非頁面緩沖池”選項旁邊的復(fù)選框，然后單擊“確定”按鈕。返回 Windows Xp“任務(wù)管理器”的“進(jìn)程”選項卡時，將看到其中增加顯示了各個進(jìn)程占用的

30、分頁合并內(nèi)存數(shù)量和未分頁合并內(nèi)存數(shù)量。仍以剛才打開觀察的應(yīng)用程序 (例如 Word) 為例，請在表 5-4 中記錄： 表 5-4 實驗記錄 映像名稱 PID CPU CPU時間 內(nèi)存使用1640000:00:1217248K *323548000:00:1073888K *325836020;01;1467088K從性能的角度來看，未分頁合并內(nèi)存越多，可以加載到這個空間的數(shù)據(jù)就越多。擁有的物理內(nèi)存越多，未分頁合并內(nèi)存就越多。但未分頁合并內(nèi)存被限制為 256MB，因此添加超出這個限制的內(nèi)存對未分頁合并內(nèi)存沒有影響。步驟 5：提高分頁性能。在 Windows xp 的安裝過程中，將使用連續(xù)的磁盤空

31、間自動創(chuàng)建分頁文件 。用戶可以事先監(jiān)視變化的內(nèi)存需求并正確配置分頁文件，使得當(dāng)系統(tǒng)必須借助于分頁時的性能達(dá)到最高。 雖然分頁文件一般都放在系統(tǒng)分區(qū)的根目錄下面，但這并不總是該文件的最佳位置。要想從分頁獲得最佳性能，應(yīng)該首先檢查系統(tǒng)的磁盤子系統(tǒng)的配置，以了解它是否有多個物理硬盤驅(qū)動器。1) 在“開始”菜單中單擊“設(shè)置” “控制面板”命令，雙擊“管理工具”圖標(biāo)，再雙擊“計算機管理”圖標(biāo)。2) 在“計算機管理”窗口的左格選擇“磁盤管理”管理單元來查看系統(tǒng)的磁盤配置。請在表 5-5 中記錄：表 5-5 實驗記錄卷布局類型文件系統(tǒng)容量狀態(tài)簡單基本狀態(tài)良好（OEM分區(qū)）C:簡單基本NTFS狀態(tài)良好（系統(tǒng)，

32、啟動，頁面文件）D：簡單基本NTFS狀態(tài)良好（邏輯驅(qū)動器）E：簡單基本NTFS狀態(tài)良好（邏輯驅(qū)動器）F:簡單基本NTFS狀態(tài)良好（邏輯驅(qū)動器）如果系統(tǒng)只有一個硬盤，那么建議應(yīng)該盡可能為系統(tǒng)配置額外的驅(qū)動器。這是因為： Windows xp 最多可以支持在多個驅(qū)動器上分布的 16 個獨立的分頁文件。為系統(tǒng)配置多個分頁文件可以實現(xiàn)對不同磁盤 I/O 請求的并行處理，這將大大提高 I/O 請求的分頁文件性能。 步驟 6：計算分頁文件的大小。要想更改分頁文件的位置或大小配置參數(shù)，可按以下步驟進(jìn)行：1) 右鍵單擊桌面上的“我的電腦”（ Win7 為計算機）圖標(biāo)并選定“屬性”（ Win7 為高級系統(tǒng)設(shè)置）

33、。2) 在“高級”選項卡上單擊“性能選項”按鈕。3) 單擊對話框中的“虛擬內(nèi)存”區(qū)域中的“更改”按鈕。請記錄：所選驅(qū)動器 (C: ) 的頁面文件大?。候?qū)動器： C: ；可用空間： 56362 MB初始大小 (MB) ： 最大值 (MB) ： 所選驅(qū)動器 (D: ) 的頁面文件大?。?(如果有的話)驅(qū)動器： D: 可用空間： 30622 MB所有驅(qū)動器頁面文件大小的總數(shù)：30622 MB允許的最小值： 16 MB 推薦：12183 MB當(dāng)前已分配： 8122 MB4) 要想將另一個分頁文件添加到現(xiàn)有配置，在“虛擬內(nèi)存”對話框中選定一個還沒有分頁文件的驅(qū)動器，然后指定分頁文件的初始值和最大值 (以

34、兆字節(jié)表示) ，單擊“設(shè)置”，然后單擊“確定”。5) 要想更改現(xiàn)有分頁文件的最大值和最小值，可選定分頁文件所在的驅(qū)動器。然后指定分頁文件的初始值和最大值，單擊“設(shè)置”按鈕，然后單擊“確定”按鈕。6) 在“性能選項”對話框中單擊“確定”按鈕。7) 單擊“確定”按鈕以關(guān)閉“系統(tǒng)特性”對話框。 （2）了解和檢測進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間。步驟 1： 創(chuàng)建一個“Win32 Consol Application”工程，然后拷貝清單 5-1 中的程序，編譯成可執(zhí)行文件。步驟 2： 在 VC 的工具欄單擊“ Execute Program” (執(zhí)行程序) 按鈕，或者按 Ctrl + F5 鍵，或者在“命令提示符”窗

35、口運行步驟 1 中生成的可執(zhí)行文件。步驟 3： 根據(jù)運行結(jié)果，回答下列問題虛擬內(nèi)存每頁容量為： 最小應(yīng)用地址：0x00010000最大應(yīng)用地址： 0x7ffeffff當(dāng)前可供應(yīng)用程序使用的內(nèi)存空間為：提示： 可供應(yīng)用程序使用的內(nèi)存空間實際上已經(jīng)減去了開頭與結(jié)尾兩個 64KB 的保護(hù)區(qū)。虛擬內(nèi)存空間中的 64KB 保護(hù)區(qū)是防止編程錯誤的一種 Windows 方式。任何對內(nèi)存中這一區(qū)域的訪問 (讀、寫、執(zhí)行) 都將引發(fā)一個錯誤陷阱，從而導(dǎo)致錯誤并終止程序的執(zhí)行。按 committed、 reserved、 free 等三種虛擬地址空間分別記錄實驗數(shù)據(jù)。其中“描述”是指對該組數(shù)據(jù)的簡單描述，例如，對

36、下列一組數(shù)據(jù)：00010000 00012000 <> Committed, READWRITE, Private可描述為：具有 READWRITE 權(quán)限的已調(diào)配私有內(nèi)存區(qū)。將系統(tǒng)當(dāng)前的自由區(qū) (free) 虛擬地址空間按表 5-6 格式記錄。 表 5-6 實驗記錄地址大小虛擬地址空間類型訪問權(quán)限描述 KB)FreeNOACCESS KB)FreeNOACCESS00294000-002a0000 KB)FreeNOACCESS002a1000-002b0000 KB)FreeNOACCESS KB)Free NOACCESS KB)FreeNOACCESS KB)Free NOA

37、CCESS(636 KB) FreeNOACCESS MB) FreeNOACCESS(704 KB)FreeNOACCESS提示： 詳細(xì)記錄實驗數(shù)據(jù)在實驗活動中是必要的，但想想是否可以簡化記錄的辦法將系統(tǒng)當(dāng)前的已調(diào)配區(qū) (committed) 虛擬地址空間按表 5-7 格式記錄。表 5-7 實驗記錄地址大小虛擬地址空間類型訪問權(quán)限描述 KB)CommittedREADWRITEMapped KB)CommittedREADWRITEPrivate KB) CommittedREADONLYImage00089000-0008c000 KB) CommittedREADWRITEPrivate

38、 KB) CommittedREADWRITE Private00089000-0008c000 KB) CommittedREADWRITEPrivate KB) CommittedREADWRITEPrivate CommittedREADWRITE PrivateCommittedREADONLYMapped002a0000-002a1000 CommittedREADWRITE Private將系統(tǒng)當(dāng)前的保留區(qū) (reserved) 虛擬地址空間按表 5-8 格式記錄。表 5-8 實驗記錄地址大小虛擬地址空間類型訪問權(quán)限描述(228KB) reservedREADONLYPrivate

39、00090000-0028c000 ReservedREADONLY Privat(124KB) ReservedREADONLY Private00593000-005a0000 ReservedREADONLY Private00656000-006d0000 (488KB)ReservedREADONLY Private ReservedREADONLY Mapped ReservedREADONLY Mapped(840KB)ReservedREADONLY Private00bf4000-01f10000 ReservedREADONLY MappedReservedREADONLY

40、 Image3、 實驗總結(jié) 通過對 Windows xp“任務(wù)管理器”、“計算機管理”、“我的電腦”屬性、“系統(tǒng)信息”、“系統(tǒng)監(jiān)視器”等程序的應(yīng)用，學(xué)習(xí)如何察看和調(diào)整 Windows 的內(nèi)存性能，加深對操作系統(tǒng)內(nèi)存管理、虛擬存儲管理等理論知識的理解。 了解 Windows xp 的內(nèi)存結(jié)構(gòu)和虛擬內(nèi)存的管理，理解進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間和物理內(nèi)存的映射關(guān)系。實驗六 磁盤調(diào)度1、 實驗?zāi)康?1)了解磁盤結(jié)構(gòu)以及磁盤上數(shù)據(jù)的組織方式。(2)掌握磁盤訪問時間的計算方式。(3)掌握常用磁盤調(diào)度算法及其相關(guān)特性。二、實驗基本知識及原理 1）磁盤數(shù)據(jù)的組織 磁盤上每一條物理記錄都有唯一的地址，該地址包括三個部分：

41、磁頭號（盤面好）、柱面號（磁道號）和扇區(qū)號。給定這三個量就可以唯一地確定一個地址。 2)磁盤訪問時間的計算方式 磁盤在工作室以恒定的速率旋轉(zhuǎn)。為保證讀或?qū)?，磁頭必須移動到所要求的磁道上，當(dāng)所要求的扇區(qū)的開始位置旋轉(zhuǎn)到磁頭下時，開始讀或?qū)憯?shù)據(jù)。對磁盤的訪問時間包括：尋道時間、旋轉(zhuǎn)延遲時間和傳輸時間。 3）磁盤調(diào)度算法磁盤調(diào)度的目的是要盡可能降低磁盤的尋道時間，以提高磁盤I/O系統(tǒng)的性能。先進(jìn)先出算法：按訪問請求到達(dá)的先后次序進(jìn)行調(diào)度。最短服務(wù)時間優(yōu)先算法：優(yōu)先選擇使磁頭臂從當(dāng)前位置開始移動最少的磁盤I/O請求進(jìn)行調(diào)度。SCAN（電梯算法）：要求磁頭臂先沿一個方向移動，并在途中滿足所有未完成的請求

42、，直到它到達(dá)這個方向上的最后一個磁道?；蛘咴谶@個方向上沒有別的請求為止，后一種改進(jìn)有時候稱作LOOK 策略。然后倒轉(zhuǎn)服務(wù)方向，沿相反方向掃描，同樣按順序完成所有請求。C-SCAN（循環(huán)掃描）算法： 在磁盤調(diào)度時，把掃描限定在一個方向，當(dāng)沿某個方向訪問到最后一個磁道時，磁頭臂返回到磁盤的另一端，并再次開始掃描。3、 詳細(xì)設(shè)計/SCAN（電梯算法）void SCAN(int array,int m) int now; int temp; int i,j; int sum=0; float avg; for(i=0; i<m; i+) for(j=i+1; j<m; j+) /對磁道號進(jìn)

43、行從小到大排列 if(arrayi>arrayj)/兩磁道號之間比較 temp=arrayi; arrayi=arrayj; arrayj=temp; for( i=0; i<m; i+) /輸出排序后的磁道號數(shù)組 printf("%d ",arrayi); printf("n 請輸入當(dāng)前的磁道號： "); scanf("%d",&now); printf(" 磁道方向：沿磁道增大的方向"); printf("n SCAN 調(diào)度結(jié)果: "); for(i=0; i<m;

44、 i+) if(now<=arrayi) printf("%d ",arrayi); sum=arrayi-now+sum; now=arrayi; else j=i; temp=arrayi; for(i=j; i>=0; i-) printf("%d ",arrayi); sum=now-arrayi+sum; now=arrayi; avg=(float)sum/m; printf("n 移動的總道數(shù)： %d n",sum); printf(" 平均尋道長度： %f n",avg);/C-SCAN

45、（循環(huán)掃描）算法void CSCAN(int array,int m) int now; int temp; int i,j; int sum=0; float avg; for(i=0; i<m; i+) for(j=i+1; j<m; j+) /對磁道號進(jìn)行從小到大排列 if(arrayi>arrayj)/兩磁道號之間比較 temp=arrayi; arrayi=arrayj; arrayj=temp; for( i=0; i<m; i+) /輸出排序后的磁道號數(shù)組 printf("%d ",arrayi); printf("n 請輸入當(dāng)前的磁道號： "); scanf("%d",