操作系統(tǒng)一個小型操作系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)課程設(shè)計新編

南通大學計算機科學與技術(shù)學院專南通大學計算機科學與技術(shù)學院專業(yè)：學生姓名：學號：時間：操作系統(tǒng)課程設(shè)計報告操作系統(tǒng)課程設(shè)計報告操作系統(tǒng)模擬算法課程設(shè)計報告設(shè)計要求將本學期三次的實驗集成實現(xiàn)：處理機管理；存儲器管理；虛擬存儲器的缺頁調(diào)度。設(shè)計流程圖主流程圖開始的圖形界面開始的圖形界面存儲器管理缺頁調(diào)度處理機管理存儲器管理缺頁調(diào)度處理機管理LRU算法先進先出最佳適應法首次適應法先來先服務 LRU算法先進先出最佳適應法首次適應法先來先服務時間片輪轉(zhuǎn)時間片輪轉(zhuǎn)A.處理機調(diào)度1)先來先服務FCFS開始開始初始化進程控制塊，讓進程控制塊按進程到達先后順序讓進程排隊初始化進程控制塊，讓進程控制塊按進程到達先后順序讓進程排隊調(diào)度數(shù)組中首個進程，并讓數(shù)組中的下一位移到首位調(diào)度數(shù)組中首個進程，并讓數(shù)組中的下一位移到首位計算并打印進程的完成時刻、周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間計算并打印進程的完成時刻、周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間其中：周轉(zhuǎn)時間=完成時間-到達時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間=周轉(zhuǎn)時間/服務時間更改計時器的當前時間,即下一刻進程的開始時間更改計時器的當前時間,即下一刻進程的開始時間當前時間=前一進程的完成時間+其服務時間數(shù)組為空數(shù)組為空NY結(jié)束結(jié)束先來先服務算法流程2)時間片輪轉(zhuǎn)法時間片輪轉(zhuǎn)算法流程圖B.存儲器管理(可變式分區(qū)管理）1)首次適應法分配流程圖開始申請xkb內(nèi)存開始申請xkb內(nèi)存由鏈頭找到第一個空閑區(qū)分區(qū)大小≥xkb？大于分區(qū)大小=分區(qū)大小-xkb，修改下一個空閑區(qū)的后向指針內(nèi)容為（后向指針）+xkb;修改上一個空閑區(qū)的前向指針為（前向指針）+xkb將該空閑區(qū)從鏈中摘除：修改下一個空閑區(qū)的后向地址=該空閑區(qū)后向地址，修改上一個空閑區(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程的內(nèi)存首地址首次適應算法回收流程圖開始開始輸入完成進程的標號在分配區(qū)表中查找釋放區(qū)p下鄰分區(qū)空閑區(qū)前一個空閑區(qū)的后向指針指向p的后一個分區(qū)，p的后一個分區(qū)的前向指針指向p的前一個分區(qū)，且p的前一個分區(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)空前一個分區(qū)的后向指針指向p的后一個空閑分區(qū)，p的后一個空閑分區(qū)的前向指針指向p的前一個分區(qū)，且p的后一個分區(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)前一個空閑區(qū)的后向指針指向p的后一個空閑分區(qū)，p的后一個空閑分區(qū)的前向指針指向p的前一個空閑分區(qū)，且p的前一個空閑分區(qū)大小更改為加上p的大小再加上p的后一個空閑分區(qū)的大小，合并后的這個空閑區(qū)的后向指針指向p的下下個分區(qū)，如果p的下下個分區(qū)不為空，則其前向指針指向合并后的這個空閑區(qū)，釋放p和p的下一個分區(qū)釋放區(qū)p上下均不鄰空閑區(qū)將p放在鏈首，并修改其狀態(tài)位為空閑最佳適應法開始釋放分區(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)長度修改為這二分區(qū)的長度。摘除鏈表中上下分區(qū)。合并這三個分區(qū)，將上空閑區(qū)長度修改為三個分區(qū)的長度。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)中長度修改為這二分區(qū)的長度。將合并的或釋放的分區(qū)按長度升序重新插入到自由鏈表中。C.虛擬存儲器的缺頁調(diào)度1)先進先出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的修改標志=1？J的修改標志=1？NNY輸出“Y輸出“將J頁復寫入交換區(qū)”輸出“輸出“裝入L頁”調(diào)整FIFO隊列，將L插入隊尾（HEAD=(HEAD+1)modM)調(diào)整FIFO隊列，將L插入隊尾（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的修改標志=1？J的修改標志=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淘汰算法流程實現(xiàn)原理主界面設(shè)計一個框架分別去鏈接處理機管理、存儲器管理和缺頁調(diào)度相關(guān)的程序。A.處理機調(diào)度1)先來先服務FCFS任務先來先服務的調(diào)度算法實現(xiàn)處理機調(diào)度。要求實現(xiàn)對FCFS算法的模擬實現(xiàn)計算出該算法的平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時間、平均帶權(quán)作業(yè)周轉(zhuǎn)時間。原理按作業(yè)到達CPU時間先后順序進行非剝奪式調(diào)度，先到達CPU的作業(yè)先被執(zhí)行。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)structtask_struct{charname;/*進程名稱*/intnumber;/*進程編號*/floatcome_time;/*到達時間*/floatrun_begin_time;/*開始運行時間*/floatrun_time;/*運行時間*/floatrun_end_time;/*運行結(jié)束時間*/intpriority;/*優(yōu)先級*/intorder;/*運行次序*/intrun_flag;/*調(diào)度標志*/}tasks[MAX];intfcfs()/*先來先服務算法*/進程名鏈接指針到達時間估計運行時間進程狀態(tài)進程控制塊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法建立一個鏈表按照到達CPU的時間從小到大排列，只需從第一個作業(yè)（頭結(jié)點）依次調(diào)度到最后一個作業(yè)（尾結(jié)點）。運行界面測試數(shù)據(jù)：作業(yè)名到達時間運行時間A028B09C03執(zhí)行FCFS算法如下：2)時間片輪轉(zhuǎn)法任務只對進程的運行模擬，將其運行時間加一，判斷要求運行時間與已運行時間是否相等，若相等則表示進程結(jié)束，進程退出調(diào)度，釋放資源。要求實現(xiàn)對RR算法的模擬實現(xiàn)顯示執(zhí)行完一個時間片的結(jié)果。原理時間片輪轉(zhuǎn)算法中，系統(tǒng)將所有的就程序按先來先服務的原則排成一個隊列，每次調(diào)度時，把CPU分配給隊首進程，并令其執(zhí)行一個時間片。當執(zhí)行的時間片用完時，調(diào)度程序停止該進程的執(zhí)行，并將它送往就緒隊列的末尾；然后，再把處理機分配給就緒隊列中新的隊首進程，同時也讓它執(zhí)行一個時間片。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)temp->state='R';儲器管理(可變式分區(qū)管理）1)首次適應法任務通過采用首次適應算法實現(xiàn)內(nèi)存的分配與回收，并可以查看和顯示當前內(nèi)存現(xiàn)狀。要求1.實現(xiàn)對FF算法的模擬實現(xiàn)2.輸入要進行分配內(nèi)存的進程ID和相應所需內(nèi)存大小，回收內(nèi)存時輸入已運行的進程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，從鏈首開始順序查找，直到找到第一個滿足要求的空間并分配給進程，把分配后余下的空間仍然留在鏈表中。若從鏈首至鏈尾都不滿足要求，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BF算法的模擬實現(xiàn)2.輸入要進行分配內(nèi)存的進程ID和相應所需內(nèi)存大小，回收內(nèi)存時輸入需要回收的內(nèi)存塊。原理最佳適應算法掃描整個未分配表或鏈表，從空閑區(qū)中挑選一個能滿足用戶進程要求的最小分區(qū)進行分配。此算法保證不會分割一個更大的區(qū)域，使得裝入大作業(yè)的要求容易得到滿足，同時，通常把空閑區(qū)按長度遞增順序排列，查找時總是從最小的一個空閑區(qū)開始，直至找到滿足要求的分區(qū)為止，這時，最佳適應分配算法等同于首次適應算法。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;擬存儲器的缺頁調(diào)度1)先進先出FIFO任務采用先進先出FIFO算法實現(xiàn)分頁管理的缺頁調(diào)度，并輸出每次調(diào)入調(diào)出的頁號和運行結(jié)果。要求1.實現(xiàn)對FIFO算法的模擬實現(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間最長的頁面，認為駐留時間最長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]; }實現(xiàn)方法當采用先進先出算法時，用一個數(shù)組構(gòu)成先進先出隊列，數(shù)組中各個元素為進程已在主存的頁號，其隊列頭指針初始化為0.假設(shè)分配給每個進程的內(nèi)存塊數(shù)固定。當隊列滿需淘汰時，淘汰最先進入主存的一頁。若該頁修改過，還有存入磁盤。然后要把當前訪問的頁裝入該塊，并修改頁表和存儲分塊表的對應標志。運行界面測試數(shù)據(jù)：頁表長度：9；頁框長度：3；頁面請求數(shù)列：4,4,3,5,1,1,2,3,2執(zhí)行先進先出FIFO算法結(jié)果如下：2）LRU任務采用先進先出LRU算法實現(xiàn)分頁管理的缺頁調(diào)度，并輸出每次調(diào)入調(diào)出的頁號和運行結(jié)果。要求1.實現(xiàn)對LRU算法的模擬實現(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，而那些在較長時間內(nèi)未被使用的頁面可能不會立即使用。在分頁虛擬存儲系統(tǒng)中，當硬件發(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]; }實現(xiàn)方法當采用LRU算法時，用一個數(shù)組構(gòu)成堆棧，堆棧中各個元素為進程已在主存的頁號，為了進行頁面置換，可設(shè)置一個棧指針，初始化為0.假定分配給每個進程的內(nèi)存塊數(shù)固定不變。當隊列滿需淘汰時，操作系統(tǒng)選擇棧底元素淘汰，其他元素向下移一個位置，將新調(diào)入頁放棧指針指示的棧頂。當訪問的頁在棧中時，還應調(diào)整頁從當前位置到棧頂。運行界面測試數(shù)據(jù)：頁表長度：9；頁框長度：3；頁面請求數(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)與體會通過本次課程設(shè)計讓我對于圖形界面設(shè)計有了一定的思路和看法，同時我對先來先服務、時間片輪轉(zhuǎn)、首次適應算法、最佳適應算法、先進先出和最近最少使用算法有了更詳盡的認識。在編程的過程中發(fā)現(xiàn)會用到大量的指針，用指針來操作大量的數(shù)據(jù)比較方便，但最后應該記得釋放資源。從這次實驗中我發(fā)現(xiàn)我對于c++掌握也有所不足，程序經(jīng)過了多次修改才得以完善，在以后應該注重編程方面的訓練。此外我還更深入的理解了各個進程調(diào)度算法，及實現(xiàn)過程。在編寫程序時查詢了很多資料，間接提高了我的搜索能力。在此次課程設(shè)計過程中，對進程的相關(guān)知識有了一定的加深。特別是對進程的進程控制塊的存在和價值有了更進一步的認識。在編寫程序的過程之中，對進程自身信息的設(shè)計和管理以及調(diào)度的算法都有助于對書本知識的理解和掌握。特別是設(shè)計先來先服務調(diào)度算法和時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的時候，對進程的調(diào)度算法有了更好的深入理解。對進程管理中的等待隊列，就緒隊列，時間片等概念有了更深刻的印象。在設(shè)計此模擬操作系統(tǒng)的課設(shè)中，也加深了對c++知識的把握。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，不僅提高了對操作系統(tǒng)的認知，也在同時提高了編程的能力，加強了實踐。另外，我覺得此次課程設(shè)計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。但是這幾個程序用了多天的時間進行分析和修改，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)名到達時間運行時間開始時間停止時間運行次序周轉(zhuǎn)時間"<<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)時間："<<turn_round_time/counter<<endl;cout<<"平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間："<<w/counter<<endl;cout<<"";return0;}/**/intrr(){intn=3,num=0;node*head=NULL;node*tail=NULL;cout<<"*********************時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法*********************"<<endl<<endl;for(inti=0;i<n;i++){node*temp=newnode; if(i==0)strcpy(temp->name,"A");