操作系統(tǒng)實驗1~9

實驗指導(dǎo)書班級：0904202姓名：國東野學(xué)號：0904202序言計算機操作系統(tǒng)是計算機專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)課程，是計算機科學(xué)及其相關(guān)技術(shù)的重要部分，學(xué)好操作系統(tǒng)的原理并會應(yīng)用其中學(xué)習(xí)的原理與方法可以是學(xué)習(xí)者大大提高各類軟件設(shè)計的質(zhì)量與水平，也可以懂得如何提高系統(tǒng)效率一起資源的利用率。為了培養(yǎng)學(xué)生的時間動手能力，幫助學(xué)習(xí)很體會與驗證學(xué)習(xí)的知識，特設(shè)計此實驗體系。實驗共計需要30與學(xué)時，課程規(guī)模限制，集中安排16學(xué)時，其余需求學(xué)生可以課下完成，或者在教師的指導(dǎo)下有選擇地完成實驗。實驗報告要求：提供各個實驗程序的流程圖，并填入實驗報告中；實驗報告附上運行結(jié)果圖的截圖；對實驗的結(jié)果進行分析，寫出自己的分析結(jié)果；實驗的源代碼需要打包交到班級刻盤保存；個人文件的命名以個人的姓名+學(xué)號命名；班級的以班級編號命名。需要程序可視性要好，要有試驗程序證明作品的正確性。所有的實驗報告采用A4打印，字體字號采用模版規(guī)定。源程序要加注釋，要有測試數(shù)據(jù)及結(jié)果。每個實驗的報告要另起一頁。實驗一進程同步和互斥一、 實驗?zāi)康恼莆张R界資源、臨界區(qū)概念及并發(fā)進程互斥、同步訪問原理。學(xué)會使用高級語言進行多線程編程的方法。掌握利用VC++或Java語言線程庫實現(xiàn)線程的互斥、條件競爭，并編碼實現(xiàn)P、V操作，利用P、V操作實現(xiàn)兩個并發(fā)線程對有界臨界區(qū)的同步訪問。通過該實驗，學(xué)生可在源代碼級完成進程同步互斥方案的分析、功能設(shè)計、編程實現(xiàn)，控制進程間的同步、互斥關(guān)系。二、 實驗要求知識基礎(chǔ)：學(xué)生應(yīng)在完成進程和線程及調(diào)度等章節(jié)的學(xué)習(xí)后進行。開發(fā)環(huán)境與工具：硬件平臺一一個人計算機。軟件平臺-Windows操作系統(tǒng)，vc++語言或Java語言開發(fā)環(huán)境。運用高級語言VC++或Java語言線程庫及多線程編程技術(shù)進行設(shè)計實現(xiàn)。三、 實驗內(nèi)容實現(xiàn)臨界資源、臨界區(qū)、進程或線程的定義與創(chuàng)建。利用兩個并發(fā)運行的進程，實現(xiàn)互斥算法和有界緩沖區(qū)同步算法。四、 實驗方案指導(dǎo)該實驗方案由以下幾個關(guān)鍵設(shè)計項目組成：并發(fā)訪問出錯即設(shè)計一個共享資源，創(chuàng)建兩個并發(fā)線程，二者并發(fā)訪問該共享資源。當沒有采用同步算法設(shè)計時，線程所要完成的某些操作會丟失?；コ怄i并發(fā)線程使用線程庫提供的互斥鎖，對共享資源進行訪問。3.軟件方法設(shè)計并編程實現(xiàn)計數(shù)信號量、P操作函數(shù)、V操作函數(shù)，并發(fā)線程通過調(diào)用P，V操作函數(shù)實現(xiàn)線程的互斥。同步訪問多緩沖區(qū)利用上面的軟件方法完成P，V操作可實現(xiàn)兩個線程對多緩沖區(qū)的同步訪問。五、 實驗方案實現(xiàn)范例以下是對該項目中包含的部分設(shè)計功能的實現(xiàn)方法、實現(xiàn)過程、技術(shù)手段的描述，供參考。模擬線程并發(fā)運行。假設(shè)我們使用POSIX線程庫，而POSIX并沒有真正提供線程間的并發(fā)運行需求。我們設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)支持符合RR調(diào)度策略的并發(fā)線程，每個線程運行一段時間后自動掛起，另一個線程開始運行。這樣一個進程內(nèi)所有線程以不確定的速度并發(fā)執(zhí)行。模擬一個競爭條件——全局變量。創(chuàng)建兩個線程tl和t2,父線程主函數(shù)main()定義兩個全局變量accntl和accnt2，每個變量表示一個銀行賬戶，初始化為0。每個線程模擬一個銀行事務(wù)：將一定數(shù)額的資金從一個賬戶轉(zhuǎn)到另一個賬戶。每個線程讀入一個隨機值，代表資金數(shù)額，在一個賬戶上做減法，在另一個賬戶上做加法，用兩個變量記錄兩個賬戶的收支情況。良性情況下收支應(yīng)平衡，即兩個全局變量之和應(yīng)為0。下面是每個線程的代碼：counter=0;do{tmp1=accnt1;tmp2=accnt2;r=random();accnt1=tmp1+r;accnt2=tmp2-r;counter++;}while(accnt1+accnt2==0);printf(”％d”,counter);===============================兩個線程運行的代碼相同，只要各自代碼不被交叉執(zhí)行，兩個收支余額之和就應(yīng)一直為0，如果線程被交叉執(zhí)行，某個線程可能會讀入一個舊的accntl值和一個新的accnt2值，或者相反，這樣會導(dǎo)致某個值的丟失。當這種情況出現(xiàn)時，線程停止運行，并把出現(xiàn)情況的位置Counter的值)打印出來。模擬一個競爭條件——共享文件。主線程創(chuàng)建兩個共享文件fl和f2,每個文件包含一個當前銀行賬戶。線程使用隨機數(shù)對文件進行讀/寫，方式同上。注意：文件在讀/寫過程中不要加互斥訪問鎖，避免出現(xiàn)不會出現(xiàn)交叉訪問的情況。測試出現(xiàn)一個競爭條件的時間。我們的編程環(huán)境中，一般無法支持線程的RR調(diào)度，必須編程實現(xiàn)兩個線程間在兩個賦值語句之間插入以下代碼：在指定區(qū)間(比如0到1)生成一個隨機數(shù)，小于一個極限值(如0.1)，調(diào)用線程自動掛起函數(shù)jield()，自動放棄CPU，另一運行，于是導(dǎo)致一個數(shù)據(jù)更新的丟失?；コ怄i。POSIX線程庫提供一個二值信號量，稱為MUTEX，它可以加鎖或解鎖。如果已被另一個線程加上鎖的MUTEX加鎖，就會引發(fā)該線程被阻塞，MUTEX解鎖時喚醒它。使用這些原語，很容易實現(xiàn)互斥進入CS(臨界區(qū))。進入CS區(qū)時加鎖，離開CS區(qū)時解鎖。系統(tǒng)負責(zé)阻塞或喚醒線程。用軟件方法實現(xiàn)互斥訪問臨界區(qū)。用標準編程語言設(shè)置變量的值，用線程“忙等待”實現(xiàn)互斥訪問CS。設(shè)計兩線程部分代碼如下：intcl=0,c2=0,will_wait;p1: while(l){cl=l;will_wait=l;while(c2&&(will_wait==1)); /*忙等待*/csl;cl=0;programl;}p2: while(l){c2=1;will_wait=2;while(cl&&(will_wait==2);/*忙等待*/cs2;c2=0;program2;}===============================該軟件方法使用三個變量cl,c2,will_wait，解決兩個線程的同步問題。兩個線程分別將c1和c2設(shè)置為1，表示自己試圖進入臨界區(qū)，并將will_wait分別設(shè)置為1和2，以消除任何競爭條件。通過“忙等待”循環(huán)實現(xiàn)線程的阻塞。當線程退出CS區(qū)時，分別將變量c1和c2設(shè)置為0。我們可以比較互斥鎖和軟件方法這兩種解決方法的效率?？梢酝ㄟ^重復(fù)相同的循環(huán)次數(shù)，測量各自的執(zhí)行時間，盡量減少可能的外部干擾，重復(fù)測試幾次，并計算平均值。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實驗結(jié)果結(jié)果分析實驗二進程及其資源管理一、 實驗?zāi)康睦斫赓Y源共享與互斥特性以及操作系統(tǒng)管理資源的基本方法。學(xué)會使用高級語言進行多線程編程的方法。掌握利用VC++或Java線程庫實現(xiàn)一個管理器，用來實現(xiàn)操作系統(tǒng)對進程及其資源的管理功能。通過該實驗，學(xué)生可在源代碼級完成進程及其資源管理方案的分析、功能設(shè)計、編程實現(xiàn)，控制進程間的同步、互斥關(guān)系。二、 實驗要求知識基礎(chǔ)：學(xué)生應(yīng)在完成對進程和線程、調(diào)度、死鎖等章節(jié)的學(xué)習(xí)后進行。開發(fā)環(huán)境與工具：硬件平臺——個人計算機。軟件平臺——Windows操作系統(tǒng)，根據(jù)需要，任選安裝VC++語言、java語言或C語言開發(fā)環(huán)境。三、 實驗內(nèi)容開發(fā)一個函數(shù)，建立進程控制塊和資源控制塊結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化。開發(fā)一系列操作，由進程調(diào)用這些操作，達到控制進程申請或釋放各種資源的目的。四、 實驗方案指導(dǎo)該實驗方案由以下幾個關(guān)鍵設(shè)計項目組成：進程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。進程對資源的操作。調(diào)度程序。用戶功能shell界面。五、 實驗方案實現(xiàn)范例以下是對該項目中包含的設(shè)計功能的實現(xiàn)方法、實現(xiàn)過程、技術(shù)手段的描述，供參考。進程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。使用結(jié)構(gòu)類型設(shè)計實現(xiàn)進程PCB表，它包含以下成員：進程ID——進程的唯一標識，供其他進程引用該進程；

內(nèi)存——是一個指針鏈表，它在創(chuàng)建進程時已申請完畢，可用鏈表實現(xiàn)；其他資源——指除去內(nèi)存之外的所有資源；進程狀態(tài)——包括兩個數(shù)據(jù)類型，一個是狀態(tài)碼，另一個是狀態(tài)隊列鏈表指針；生成樹——包括兩個數(shù)據(jù)類型，本進程的父進程和本進程的子進程；優(yōu)先級——供進程調(diào)度程序使用，用來確定下一個運行進程，可以設(shè)定為靜態(tài)整數(shù)。資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個資源都用一個稱為資源控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。使用結(jié)構(gòu)類型設(shè)計實現(xiàn)資源控制塊RCB。資源控制塊包括以下字段成員：RID-資源的唯一標識，由進程引用；資源狀態(tài)一一空閑/已分配；等待隊列——是被本資源阻塞的進程鏈表，本資源正被其他所有資源都設(shè)定為靜態(tài)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)啟動時初始化。進程管理及進程對資源的操作。進程操作及進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換歸納如下：進程創(chuàng)建——(無)一就緒；申請資源一一運行…阻塞；資源釋放一一阻塞…就緒；刪除進程一一(任何狀態(tài))一(無)；調(diào)度程序 就緒^運行或運行f就緒。具體實現(xiàn)步驟如下：根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用高級語言設(shè)計相應(yīng)函數(shù)，分別實現(xiàn)創(chuàng)建進程、刪除進程、掛起進程、喚醒進程等功能。設(shè)計一個函數(shù)，實現(xiàn)調(diào)度程序，在每個進程操作執(zhí)行完畢后，自動調(diào)用執(zhí)行。實現(xiàn)兩個資源操作：申請資源和釋放資源。相關(guān)參考算法如下：request(RID) /*申請資源算法*/{r=get_RCB(RID); /*獲取資源控制塊首地址*/if(r->status==,free,)( /*資源可用*/r->status='allocated'; /*分配給調(diào)用進程，*/insert(self->other_resources,r);}/*插入一個RCB指針指向進程資源鏈表；*/else{表；*/else{self->status.type='blocked';self->status.list=r;. remove(RL,self);insert(r->waiting_list,self);}scheduler();程*/release(RID)/*資源不可用*//*記錄阻塞*//*指向所請求資源的RCB*//*將進程從就緒隊列中刪除*//*插入資源等待隊列*//*調(diào)度程序運行選擇下一個運行進/*釋放資源算法*/{r=get_RCB(RID); /*獲取資源控制塊首地址*/remove(self->other_resource,r); /*從進程資源鏈表中刪除該資源*/if(waiting_list==NULL)r->status=，free，；/*等待隊列為空，置資源狀態(tài)為空閑*/else{remove(r->waiting_list,q);q->status.type='ready';q->status.list=RL;else{remove(r->waiting_list,q);q->status.type='ready';q->status.list=RL;insert(RL,q);}scheduler();/*從等待隊列中移出一個進程q*//*將進程q的狀態(tài)設(shè)為就緒*//*進程q的狀態(tài)指針指向就緒隊列*//*進程q插入就緒隊列*//*調(diào)度程序運行選擇下一個運行進程*/調(diào)度程序。調(diào)度策略采用固定優(yōu)先級和可剝奪優(yōu)先級調(diào)度算法。即調(diào)度程序必須維護n個不同優(yōu)先級的就緒隊列，各就緒隊列可為空，也可包含多個進程。0級進程優(yōu)先級最低，n-l級進程優(yōu)先級最高。創(chuàng)建進程時就賦予了固定的優(yōu)先級，并在進程的生存期內(nèi)保持不變。當新進程創(chuàng)建或阻塞進程被喚醒時，它就被插入同級的就緒隊列中。調(diào)度程序按“先來先服務(wù)”和優(yōu)先級“從高到低”的方式處理就緒隊列。即從最高優(yōu)先級的非空就緒隊列的隊首選擇一個進程進入運行態(tài)。這樣的調(diào)度策略很容易導(dǎo)致"饑餓"，進程出現(xiàn)。因為對進程q來說，只有當優(yōu)先級高于自己的所有進程都運行完畢，或都進入阻塞狀態(tài)時，它才能得到運行權(quán)。為了簡化調(diào)度程序，我們假定系統(tǒng)中至少有一個進程處于就緒態(tài)。為確保這一點，設(shè)計一個特殊進程init，該進程在系統(tǒng)初始化時自動創(chuàng)建，并賦予最低優(yōu)先級0級。init進程有兩個作用：充當閑逛進程，該進程運行時不申請任何資源，以免被阻塞；作為第一個被創(chuàng)建的進程，它沒有父進程，可創(chuàng)建比自己優(yōu)先級高的其他進程。所以init進程是進程生成樹的根進程。采用優(yōu)先級策略的調(diào)度程序的常見結(jié)構(gòu)知下所示：scheduler(){找出最高優(yōu)先級進程p；If(self->priority<p->priority)||self->status.type!='running'||self=nil)preempt(p,self);/*調(diào)度進程p，替換當前進程self*/每當任一進程的操作執(zhí)行完畢，必須執(zhí)行進程調(diào)度程序，它是當前運行進程的一部分。進程調(diào)用該函數(shù)，后者決定該進程是繼續(xù)執(zhí)行還是被其他進程剝奪運行權(quán)。作出判斷的依據(jù)是：是否存在高優(yōu)先級進程p，如果存在，p將剝奪self的運行權(quán)。當前進程的運行權(quán)被剝奪的情況有以下兩種：當前進程剛剛完成release(操作，由此被喚醒進程的優(yōu)先級可能高于當前進程。當前進程剛剛完成create()操作，新創(chuàng)建進程的優(yōu)先級可能高于當前進程。在以下兩種情況下，新挑選的進程必須剝奪當前進程的運行權(quán)：①當前進程剛剛完成reques()操作，并且申請的資源timeout則當前進程的狀態(tài)就改為“阻塞”；或者由于分時運行進程的需要，調(diào)度程序被一個timeout操作調(diào)用運行。在timeout操作中當前進程的狀態(tài)改為“就緒”。在上述情況中，當前進程的狀態(tài)都不是“運行”。所以當前進程必須停止運行，此時就緒隊列中最高優(yōu)先級的進程p得到執(zhí)行。②當進程剛剛完成destroy操作，進程自己刪除自身，它的PCB表不再存在。此時調(diào)度程序被執(zhí)行，從就緒隊列中選出最高優(yōu)先級的進程p，并令其執(zhí)行。剝奪操作包括以下工作：將選中的最高優(yōu)先級進程p的狀態(tài)改為“運行"。如果當前進程依然存在且沒有阻塞，則將其狀態(tài)改為“就緒”，以便隨后能得到執(zhí)行。最后，進行上下文切換，保留當前CPU的各個寄存器值，放入PCB表。裝入中選進程p的寄存器值。本實現(xiàn)方案沒有對實際的CPU進行訪問來保存或恢復(fù)寄存器的值，因此上下文切換的任務(wù)只是將正在運行進程的名字顯示在終端屏幕上。從這一點可以認為，用戶終端屏幕開始扮演當前運行進程功能的角色。5.用戶shell界面。為RCB試和演示管理器的CPU能，本方案設(shè)計開發(fā)一個shell界面，它可以重復(fù)接受終端輸入的命令，喚醒管理器執(zhí)行相應(yīng)的功能，并在屏幕上顯示結(jié)果。使用上述系統(tǒng)，終端就能展示當前進程。只要輸入一個命令，就中斷當前進程序的執(zhí)行，shell界面調(diào)用進程資源管理器中的函數(shù)F，并傳遞終端輸入的參數(shù)。該函數(shù)執(zhí)行后將改變PCB、RCB及其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的信息。當調(diào)度程序執(zhí)行時，決定下一個要運行的進程，并改變其狀態(tài)值。保存當前進程的CPU各寄存器值（虛擬CPU），然后恢復(fù)中選進程的值。調(diào)度程序?qū)⑾到y(tǒng)狀態(tài)信息顯示在屏幕上，提示下一步操作。特別地，它始終提示正在運行的進程是什么，即終端和鍵盤正在為哪個進程服務(wù)。另外，函數(shù)F也可能返回一個錯誤碼，shell也將它顯示在屏幕上。shell命令的語法格式規(guī)定如下：命令名參數(shù)例如，執(zhí)行命令行“crA1”時將調(diào)用對應(yīng)的管理器函數(shù)create（A，1），即創(chuàng)建一個名為A、優(yōu)先級為1的進程。同理，命令“rqR”將調(diào)用函數(shù)request（R）執(zhí)行。以下顯示說明shell界面的交互內(nèi)容（假定進程A的優(yōu)先級為1，并且正在運行）。由“"開始的行視為shell的輸崮結(jié)果。提示符“>”后面是提示用戶輸入的命令。processAisrunningcrB2processBisrunningcrC1processBisrunningreqR1processBisblocked;processAisrunning進程及資源管理器的升級版?？蓪ι鲜龌拘瓦M程功能資源管理器進行功能擴展，使管理器能夠處理時鐘到時中斷和I/O處理完成中斷。（1）相對時鐘到時中斷。假設(shè)系統(tǒng)提供一個硬件時鐘。周期性產(chǎn)生一個時鐘到時中斷。引發(fā)調(diào)用函數(shù)timeout()的執(zhí)行。110處理完成中斷。使用名為IO的資源表示所有的I/O設(shè)備。該資源的RCB由以下兩部分組成：IOWaiting_list擴展shell。顯示當前運行進程，并添加一個系統(tǒng)調(diào)用request_100。終端也能表示硬件，用戶能夠模擬兩種類型的中斷：時鐘到時、I/O完成處理。為了實現(xiàn)以上功能，必須添加新的shell命令，調(diào)用以下三個系統(tǒng)調(diào)用：request_IO()，IO_competion，timeout。。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實驗結(jié)果結(jié)果分析實驗三存儲管理一、 實驗?zāi)康恼莆諆?nèi)存管理的基本功能和分區(qū)法內(nèi)存分配的基本原理。學(xué)會Linux(或者windows)操作系統(tǒng)下使用c語言函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用進行編程的方法。利用c語言設(shè)計實現(xiàn)分區(qū)法內(nèi)存分配算法。驗證無虛存的存儲管理機制。二、 實驗要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進程和線程、調(diào)度、存儲管理。安裝Linux操作系統(tǒng)(無條件時可以用其他操作系統(tǒng)平臺)，使用c語言編程，調(diào)用相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用進行設(shè)計實現(xiàn)。三、 實驗內(nèi)容創(chuàng)建空閑存儲管理表和模擬內(nèi)存。設(shè)計并實現(xiàn)一個內(nèi)存分配程序，分配策略可以分別采用最先適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法和最壞適應(yīng)算法等，并評價不同分配算法的優(yōu)劣。提供一個用戶界面，利用它用戶可輸入不同的分配策略。進程向內(nèi)存管理程序發(fā)出申請、釋放指定數(shù)量的內(nèi)存請求，內(nèi)存管理程序調(diào)用對應(yīng)函數(shù)，響應(yīng)請求。四、 實驗方案指導(dǎo)該實驗方案由以下幾個關(guān)鍵設(shè)計項目組成。設(shè)計實現(xiàn)一個空閑分區(qū)表。設(shè)計實現(xiàn)模擬內(nèi)存。 考慮實現(xiàn)的便利，本方案不訪問真正的內(nèi)存。定義一個字符數(shù)組charmm[mem_size]或使用Linux系統(tǒng)調(diào)用mm=malloc(mem_size)，用來模擬內(nèi)存。利用指針對模擬內(nèi)存進行訪問。設(shè)計一組管理物理內(nèi)存空間的函數(shù)。用戶接口由以下三個函數(shù)組成：void*mm_request(intn)申請n個字節(jié)的內(nèi)存空間。如申請成功，則返回所分配空間的首地址；如不能滿足申請，則返回空值。voidmm_release(void*p)釋放先前申請的內(nèi)存。如果釋放的內(nèi)存與空閑區(qū)相鄰，則合并為一個大空閑區(qū)；如果與空閑區(qū)不相鄰，則成為一個單獨的空閑區(qū)。void*mm_init(intmem_size)內(nèi)存初始化。返回mm指針指向的空閑區(qū)。設(shè)計實現(xiàn)不同策略的內(nèi)存分配程序。對于采用不同分配策略的內(nèi)存管理程序，從以下兩個方面進行調(diào)度程序性能的比對：內(nèi)存利用率以及找到一個合適的分配空間所需查找的步驟。設(shè)置一個模擬實驗。分別構(gòu)建一個隨機生成的請求與釋放隊列。釋放隊列中的操作總是得到滿足，隊列總為空；請求隊列的操作能否被滿足，取決于空閑區(qū)

能否滿足申請的空間大小。若不能滿足，則該操作在隊列中等待相應(yīng)釋放操作喚醒。請求隊列采用FIFO管理，以避免饑餓現(xiàn)象的發(fā)生。內(nèi)存管理程序應(yīng)對內(nèi)存初始化，隨機設(shè)定內(nèi)存空間的占有、空閑情況，隨機設(shè)定申請和釋放的操作隊列。調(diào)用釋放操作開始運行，調(diào)用申請操作，如能滿足，則分配空間，否則等待釋放操作喚醒。下面給出一個模擬內(nèi)存管理的程序框架（偽碼形式）?？蓪π阅軘?shù)據(jù)指標進行 統(tǒng) 計。for(i=0;i<sim_step;i++){do{*/for(i=0;i<sim_step;i++){do{*/getsizenofnextrequest;mm_request(n);}while(requestsuccessful);recordmemoryutilization;selectblockptoberelease;release(p);}/*設(shè)定模擬程序執(zhí)行次數(shù)*//*循環(huán)調(diào)用請求操作，直到請求不成功/*設(shè)定請求空間大小*//*調(diào)用請求操作*//*請求成功，循環(huán)繼續(xù)*//*統(tǒng)計內(nèi)存使用率*//*釋放某空間p*//*調(diào)用釋放操作*/以上程序由主循環(huán)控制固定次數(shù)的模擬步驟。每次循環(huán)，程序完成如下處理步驟：內(nèi)循環(huán)盡可能多地滿足內(nèi)存請求，請求內(nèi)存大小值隨機生成。一旦請求失敗，掛起內(nèi)存管理程序，直至釋放操作被執(zhí)行。此時進行系統(tǒng)內(nèi)存利用率的統(tǒng)計、計算，隨機挑選一個內(nèi)存分配空間完成釋放操作。本次主循環(huán)執(zhí)行完畢，開始下一次循環(huán)。需要在程序中完成以下設(shè)計：確定請求分配空間大小，統(tǒng)計性能數(shù)據(jù)，選擇一個內(nèi)存區(qū)釋放。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實驗結(jié)果結(jié)果分析實驗四頁面置換算法一、 實驗?zāi)康恼莆諆?nèi)存管理基本功能和請求分頁式管理的基本原理以及頁面置換算法。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下使用C函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用的編程方法。掌握利用C語言設(shè)計實現(xiàn)不同置換策略的頁面置換算法。驗證虛存存儲管理機制及其性能。對于生成的引用串，計算、比對不同頁面置換算法的缺頁率。二、 實驗要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進程和線程、調(diào)度、存儲管理。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言編程，利用相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)設(shè)計。三、 實驗內(nèi)容創(chuàng)建空閑存儲管理表、模擬內(nèi)存、頁表等。提供一個用戶界面，用戶利用它可輸入不同的頁面置換策略和其他附加參數(shù)。運行置換程序，輸出缺頁率結(jié)果。四、 實驗方案指導(dǎo)熟悉頁面置換算法及其實現(xiàn)，了解計算機系統(tǒng)性能評價方法，編制頁面置換算法的模擬程序。方案設(shè)計重點提示如下。假定系統(tǒng)有固定數(shù)目的內(nèi)存塊F，物理塊號依次為0?F-l。進程的大小為P頁，其邏輯頁號依次為0?P-l。隨機生成一個引用串RS，即從0?P-l組成的整數(shù)序列。定義一個整型數(shù)組intM[F]表示所有物理塊，如果M[i]=n，表示邏輯頁n存放在物理塊i中。生成引用串。用隨機數(shù)方法產(chǎn)生頁面走向，頁面走向長度為L。根據(jù)頁面走向，分別采用FIFO和LRU算法進行頁面置換，設(shè)計一個函數(shù)自動統(tǒng)計缺頁率。假定可用內(nèi)存塊和頁表長度（進程的頁面數(shù)）分別為m和k。初始時，進程的頁面都不在內(nèi)存。參考其他設(shè)計項目，將不同置換算法設(shè)計實現(xiàn)為函數(shù)，能在界面上方便調(diào)用執(zhí)行。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實驗結(jié)果結(jié)果分析實驗五進程調(diào)度一、 實驗?zāi)康恼莆者M程調(diào)度程序的功能和調(diào)度程序采用的調(diào)度算法。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下使用C函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用的編程方法。掌握利用C語言設(shè)計實現(xiàn)不同調(diào)度策略的進程調(diào)度算法。驗證不同進程調(diào)度算法對性能的影響。二、 實驗要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進程和線程、調(diào)度。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言編程，利用相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用完成設(shè)計實現(xiàn)。三、 實驗內(nèi)容定義、初始化進程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其就緒隊列。提供一個用戶界面，用戶利用它可輸入不同的分配策略及相關(guān)參數(shù)。設(shè)計實現(xiàn)調(diào)度程序，調(diào)用下面的功能函數(shù)。設(shè)計函數(shù)，實現(xiàn)計算平均周轉(zhuǎn)時間，實現(xiàn)不同調(diào)度算法。四、 實驗方案指導(dǎo)關(guān)鍵設(shè)計內(nèi)容如下，供參考。用C語言的結(jié)構(gòu)類型及其鏈表，完成PCB表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，并動態(tài)生成一組進程組成的就緒隊列鏈表。每個進程都由PCB記錄運行時間，優(yōu)先級、到達系統(tǒng)時間等數(shù)據(jù)。也可根據(jù)需要，自行添加不同調(diào)度算法需要的數(shù)據(jù)。設(shè)計實現(xiàn)不同調(diào)度算法的函數(shù)，如先來先服務(wù)法、短作業(yè)優(yōu)先法、優(yōu)先級法等。設(shè)計一個函數(shù)，計算出這組進程的平均周轉(zhuǎn)時間。設(shè)計總控函數(shù)，實現(xiàn)進程調(diào)度程序。根據(jù)用戶界面的輸入，調(diào)用相應(yīng)的調(diào)度算法，實現(xiàn)進程調(diào)度，計算調(diào)度性能指標。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實驗結(jié)果結(jié)果分析實驗六銀行家算法一、 實驗?zāi)康睦斫馑梨i概念、銀行家算法及安全性檢測算法。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下'使用C語言函數(shù)和指針進行編程的方法。掌握利用C語言設(shè)計實現(xiàn)銀行家算法的基本過程。驗證銀行家算法對于避免死鎖的作用。二、 實驗要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進程和線程的調(diào)度。死鎖。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言編程完成設(shè)計實現(xiàn)。三、 實驗內(nèi)容定義并初始化進程及其資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。提供一個用戶界面，用戶利用它可動態(tài)輸入進程和資源種類等相關(guān)參數(shù)設(shè)計實現(xiàn)安全狀態(tài)檢測和銀行家死鎖避免算法的功能函數(shù)。四、 實驗方案指導(dǎo)以如下幾組初始數(shù)據(jù)為例，設(shè)計相應(yīng)程序，判斷下列狀態(tài)是否安全。1.3個進程共享12個同類資源狀態(tài)a下：allocation=(1,4,5)，max=(4,4,8)。判斷系統(tǒng)是否安全。狀態(tài)b下：allocation=(1,4,6),max=(4,6,8)。判斷系統(tǒng)是否安全。5個進程共享多類資源狀態(tài)c下：判斷系統(tǒng)是否安全？若安全，給出安全序列。若進程2請求(0，4，2，0)，可否立即分配？分配矩陣 最大需求矩陣可用資源矩陣00120012152010001750135423560632065200140656實現(xiàn)方案的主要作是如何輸入，如何初始數(shù)據(jù)，如何調(diào)用對應(yīng)功能函數(shù)，如何輸出結(jié)果。下面給出一個實現(xiàn)方案，供參考。開發(fā)一個交互程序，首先從文件中讀入系統(tǒng)描述信息，包括進程的數(shù)目、資源的種類和數(shù)量、每個進程的最大資源請求。程序自動根據(jù)文件內(nèi)容創(chuàng)建一個當前系統(tǒng)描述例如，每類資源的數(shù)目用…維數(shù)組R[m]描述，m為資源的種類。每個R[j]記錄資源Rj的數(shù)量。進程的最大需求矩陣用P[n][m]表示，P[il[j]記錄進程Pi對資源Rj的最人需求。分配矩陣和請求矩陣可使用二維數(shù)組表示。用戶輸入一個請求，格式類似：resquest(i,j,k),或release(i,j,k),在這里，i表示進程Pi,j表示資源Rj，k是申請/釋放的數(shù)量。對每一個請求，系統(tǒng)回應(yīng)是滿足要求還是拒絕分配。設(shè)定一個申請和釋放序列，無任何檢測和避免死鎖的算法，分配會導(dǎo)致死

鎖。設(shè)定一個申請和釋放序列，按照安全性算法進行設(shè)計，回應(yīng)系統(tǒng)是否安全。然后實現(xiàn)銀行家算法，確保沒有死鎖的分配。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實驗結(jié)果成"C:\DOCUIENTSANDSETTINGS\B\桌面\11l\bank\Debug\ban二二二二二二二二二二二二二二二二二二二可統(tǒng)dpO希--3:2:4輸嘉_|_p■日JV-;日JV-;日MV...-1.&2.&3.&首源源源源源源二二二二二二二二二二二二二二二二現(xiàn)討3T隋撤入作業(yè)的數(shù)量=S請輸入各進程的最大需求量《A3矩陣＞CMax]:41000000000000000000系統(tǒng)目前可用的資源CAualiable]:dpo324進程名01Maxdpo41Allocation

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00進程名01Maxdpo41Allocation

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00Needdpo41系統(tǒng)不安全二二二二二二二二二二二二二示嘟除改配加開123450結(jié)果分析實驗七磁盤調(diào)度算法一、 實驗?zāi)康睦斫馕募x/寫基本原理和磁盤調(diào)度算法的作用。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下使用C語言函數(shù)和指針進行編程的方法。利用C語言設(shè)計實現(xiàn)不同磁盤調(diào)度算法，如FIFO,SSTF,SCAN等算法。驗證不同磁盤調(diào)度算法對性能的影響。二、 實驗要求學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進程和線程、調(diào)度、存儲管理、I/O管理。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言編程完成設(shè)計實現(xiàn)。三、 實驗內(nèi)容設(shè)計一個函數(shù)，其功能是動態(tài)創(chuàng)建I/O請求隊列及其相關(guān)參數(shù)，如磁道號等。提供一個用戶界面，用戶可輸入不同的分配策略以相關(guān)參數(shù)。設(shè)計相應(yīng)程序計算平均移臂距離。四、 實驗方案指導(dǎo)實現(xiàn)本實驗的關(guān)鍵內(nèi)容如下，供參考。實現(xiàn)電梯算法。實現(xiàn)FIFO,SSTF算法。寫一個驅(qū)動程序，測試不同的算法。設(shè)置多次循環(huán)，每次循環(huán)中，驅(qū)動程序隨機調(diào)用函數(shù)request(n)和release()。如果執(zhí)行request(n),系統(tǒng)會將n轉(zhuǎn)換成1?T之間的一個隨機值，T是磁盤的磁道數(shù)。對每種算法，計算平均移臂距離。以下部分由學(xué)生填寫：程序流程圖實驗結(jié)果結(jié)果分析實驗八設(shè)備處理程序設(shè)計一、 實驗?zāi)康睦斫庠O(shè)備處理程序的一般設(shè)計過程，加深對緩沖和中斷概念的理解。學(xué)會在Linux操作系統(tǒng)下使用C語言編程與有關(guān)進程的系統(tǒng)調(diào)用方法。掌握利用C語言設(shè)計實現(xiàn)鍵盤緩沖區(qū)的讀/寫操作的方法。驗證鍵盤緩沖區(qū)和中斷處理程序是否同步。二、 實驗要求

學(xué)生應(yīng)完成如下章節(jié)的學(xué)習(xí)：進程和線程、調(diào)度、存儲管理、I/O管理。安裝Linux操作系統(tǒng)，使用C語言和相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用，編程完成設(shè)計實現(xiàn)。三、 實驗內(nèi)容主程序?qū)崿F(xiàn)鍵盤讀/寫、鍵盤中斷處理程序?？尚薷木彌_區(qū)數(shù)目，運行此程序。四、 實驗方案指導(dǎo)將主程序看成消費者進程，將中斷程序看成生產(chǎn)者進程，兩者通過什么方法取得同步？其數(shù)據(jù)