操作系統(tǒng)課程設(shè)計

第頁中南大學(xué)操作系統(tǒng)課程設(shè)計實驗報告題目：多用戶多任務(wù)的類操作系統(tǒng)學(xué)院：信息科學(xué)及工程學(xué)院姓名：班級：日期：2019/07目錄概述課程設(shè)計要求設(shè)計的基本原理和概念總體設(shè)計：實現(xiàn)的方法和主要技術(shù)路線1．總體功能模塊圖2．總體功能流圖詳細(xì)設(shè)計：模塊內(nèi)部的流程實現(xiàn)算法運行結(jié)果完成的情況使用說明實驗總結(jié)參考文獻(xiàn)附件：源程序代碼概述操作系統(tǒng)課程主要講述的內(nèi)容是多道操作系統(tǒng)的原理及技術(shù)，及其它計算機原理、編譯原理、匯編語言、計算機網(wǎng)絡(luò)、程序設(shè)計等專業(yè)課程關(guān)系十分密切。本課程設(shè)計的目的綜合應(yīng)用學(xué)生所學(xué)知識，建立系統(tǒng)和完整的計算機系統(tǒng)概念，理解和鞏固操作系統(tǒng)基本理論、原理和方法，掌握操作系統(tǒng)開發(fā)的基本技能。課程設(shè)計要求采用VC、VB、java或C等編程語言，模擬開發(fā)一個多用戶多任務(wù)的類操作系統(tǒng)軟件。要求如下：模擬進(jìn)程調(diào)度算法，模擬各種進(jìn)程調(diào)度算法，并能管理各種進(jìn)程調(diào)度算法的演示過程。模擬各種內(nèi)存分配算法及回收過程，并能動態(tài)演示。結(jié)合進(jìn)程調(diào)度算法，能為進(jìn)程模擬分配內(nèi)存，并設(shè)計一個跟蹤該內(nèi)存模擬分配的進(jìn)程或線程，記錄內(nèi)存分配的結(jié)果；模擬多用戶登錄管理過程，能允許多個用戶登錄，為每個用戶建立進(jìn)程或線程，并進(jìn)行進(jìn)程管理；能模擬文件系統(tǒng)管理，進(jìn)程可以對文件系統(tǒng)（包括文件和目錄）進(jìn)行讀、寫、創(chuàng)建、刪除、打開、關(guān)閉等操作；模擬磁盤管理過程，結(jié)合文件系統(tǒng)管理，顯示磁盤管理的結(jié)構(gòu)和文件在磁盤上的分布情況。能模擬進(jìn)程通信管理，用戶之間可以相互通信交流；最好能采用類似于Windows的窗口界面。設(shè)計的基本原理和概念本系統(tǒng)軟件是模擬操作系統(tǒng)的整個工作過程，主要功能包括多用戶登錄管理，文件及用戶管理，進(jìn)程及存儲管理，以及系統(tǒng)進(jìn)程管理。多用戶操作系統(tǒng)允許多個不同用戶同時使用計算機的資源。操作系統(tǒng)必須確保均衡地滿足各個用戶的要求，他們使用的各個程序都具有足夠且獨立的資源，從而使一個用戶的問題不會影響到整個用戶群。在本系統(tǒng)中,將用戶分為管理員用戶和普通用戶。登陸時可選擇，若選擇管理員用戶登陸，則對各用戶有管理權(quán)限（添加或刪除），對文件系統(tǒng)不僅有讀寫權(quán)限，還能新建、刪除、修改文件或目錄等；若選擇普通用戶登陸，則只能查看用戶，且只能讀文件。多用戶多級目錄的文件系統(tǒng)：通過具體的文件存儲空間的管理、文件的物理結(jié)構(gòu)、目錄結(jié)構(gòu)和文件操作的實現(xiàn)，加深對文件系統(tǒng)內(nèi)部功能和實現(xiàn)過程的理解。在本系統(tǒng)中，文件及用戶管理相結(jié)合，實現(xiàn)了以下幾項功能：查看文件目錄結(jié)構(gòu)、文件屬性、磁盤屬性、磁盤塊分配位示圖、索引節(jié)點分配位示圖、用戶管理（管理員有該權(quán)限），查看用戶、新建文件/目錄（管理員權(quán)限）、刪除文件/目錄（管理員權(quán)限），讀寫文件（普通用戶只讀）。進(jìn)程及存儲管理系統(tǒng)：即模擬cpu調(diào)度和內(nèi)存分配。作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存中，由CPU分配產(chǎn)生PCB屬性，并通過PCB記錄進(jìn)程狀態(tài)，實驗即以PCB代表進(jìn)程模擬調(diào)度過程；在多道系統(tǒng)中，多道系統(tǒng)中，當(dāng)就緒進(jìn)程數(shù)大于處理機數(shù)時，須按照某種策略決定哪些進(jìn)程優(yōu)先占用處理機，本實驗采用優(yōu)先級；進(jìn)程調(diào)度時，規(guī)定若就緒隊列進(jìn)程數(shù)少于6個，則自動從后備隊列調(diào)入一個作業(yè)；系統(tǒng)會將占有較多資源、預(yù)期結(jié)果不符合要求的進(jìn)程自動掛起，并回收所占資源，而本實驗設(shè)置為手動掛起；在適宜條件下，系統(tǒng)會將掛起的進(jìn)程自動解掛，而且只解掛到就緒隊列；本實驗為簡化操作，設(shè)置為手動解掛，若解掛條件合適（即CPU各種資源可用），則解掛到就緒隊列，并分配內(nèi)存；若解掛條件不適宜，則解掛至后備隊列，但不分配內(nèi)存。系統(tǒng)進(jìn)程管理器：即任務(wù)管理器。操作系統(tǒng)是一個介于軟件和硬件之間的特殊硬件，一方面分配硬件資源另一方面支持軟件在它上面的實現(xiàn)，如何實時地監(jiān)控和掌握系統(tǒng)軟硬件工作的狀態(tài)、資源分配和使用的情況，對計算機用戶而言十分重要，于是就有了任務(wù)管理器這樣的實時監(jiān)控窗口。通過這個窗口我們可以了解到電腦所有進(jìn)程運行狀況，并對運行的進(jìn)程加于管理和控制，正如在本系統(tǒng)中，啟動進(jìn)程管理器后，可以通過”獲取進(jìn)程”功能來獲得本計算機啟動的進(jìn)程，以及及該進(jìn)程相關(guān)的信息，其中包括的信息有：進(jìn)程映像名稱，進(jìn)程的PID、會話名稱、會話次數(shù)以及內(nèi)存使用，我們可以通過這些信息來了解計算機中每個進(jìn)程的使用狀況。同時我們可以在進(jìn)程管理器上選中一個要終止的的進(jìn)程，右擊選擇關(guān)閉方式，如“根據(jù)名稱關(guān)閉進(jìn)程”或“根據(jù)PID關(guān)閉進(jìn)程”功能按鈕，該進(jìn)程被終止執(zhí)行并退出進(jìn)程列表，此按鈕實現(xiàn)的功能正如我們電腦任務(wù)管理器的“進(jìn)程”功能，當(dāng)電腦執(zhí)行程序不能通過關(guān)閉窗口進(jìn)行正常的關(guān)閉時，可以借助此辦法來關(guān)閉進(jìn)程。其中還包括了關(guān)閉進(jìn)程樹和刷新進(jìn)程列表的功能。磁盤管理：磁盤格式化時，系統(tǒng)把磁盤存儲空間分成許多磁道。每個磁道又分成若干個扇區(qū)（又叫做磁盤塊）。之后用fdisk命令對硬盤進(jìn)行分區(qū)，即使只有一個分區(qū)，也必須用fdisk命令進(jìn)行分區(qū)。分區(qū)的目的，就是制作文件卷，形成文件系統(tǒng)。一個文件卷一般都被劃分成引導(dǎo)扇區(qū)、文件系統(tǒng)管理區(qū)和文件數(shù)據(jù)區(qū)。其中，文件數(shù)據(jù)區(qū)用來存放系統(tǒng)文件和用戶文件。用戶可以通過文件系統(tǒng)提供的API，創(chuàng)建、打開、關(guān)閉和對文件進(jìn)行讀寫。當(dāng)用戶的文件不再需要時，就應(yīng)該刪除。把一個文件放到磁盤上時，可以組織成連續(xù)文件、鏈接文件或索引文件等。因此，磁盤空間的分配方法也有兩種，一種是連續(xù)空間的分配，一種是不連續(xù)空間的分配（又叫動態(tài)分配）。四、總體設(shè)計1．總體功能模塊及關(guān)系圖系統(tǒng)進(jìn)程管理文件及用戶管理多用戶多任務(wù)類操作系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)程管理文件及用戶管理多用戶多任務(wù)類操作系統(tǒng)多用戶登陸界面磁盤管理磁盤管理進(jìn)程及存儲管理進(jìn)程及存儲管理2．總體功能流圖開始開始初始化登陸界面初始化登陸界面管理員用戶登陸？管理員用戶登陸？文件及用戶管理系統(tǒng)進(jìn)程管理進(jìn)程及存儲管理文件及用戶管理系統(tǒng)進(jìn)程管理進(jìn)程及存儲管理內(nèi)存分配算法進(jìn)程控制進(jìn)程調(diào)度算法任務(wù)管理器磁盤屬性及分配查看及管理用戶文件及目錄管理內(nèi)存分配算法進(jìn)程控制進(jìn)程調(diào)度算法任務(wù)管理器磁盤屬性及分配查看及管理用戶文件及目錄管理五、詳細(xì)設(shè)計（一）多用戶操作系統(tǒng)（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及主要函數(shù)publicclassLoginViewextendsJFrame{ JFramejframe=newJFrame("歡迎登陸系統(tǒng)"); privateFilesysServerfss1=null; intsw=(int)Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenSize().getWidth();intsh=(int)Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenSize().getHeight(); publicLoginView(FilesysServerfss){ this.fss1=fss; //初始化面板 JPanelloginPanel=newJPanel(); JLabeltitleJLable=newJLabel(); titleJLable.setText("歡迎登陸系統(tǒng)"); titleJLable.setSize(500,200); //用戶面板 JPaneluserPanel=newJPanel(); userPanel.setLayout(null); JButtonadminButton=newJButton(); adminButton.setText("管理員用戶登陸"); JButtonuserButton=newJButton(); userButton.setText("普通用戶登陸");（二）文件及用戶管理本系統(tǒng)分兩種用戶：管理員用戶和普通用戶，實現(xiàn)文件系統(tǒng)的模擬管理及查看過程。管理員用戶對文件系統(tǒng)可以進(jìn)行創(chuàng)建用戶、刪除用戶、創(chuàng)建文件、刪除文件、創(chuàng)建目錄、刪除目錄、讀文件、寫文件、打開文件、關(guān)閉文件、顯示目錄等操作；普通用戶只能讀文件和查看用戶。并且加入磁盤管理功能，在查看/創(chuàng)建/刪除文件等操作時時，顯示文件屬性、磁盤屬性、磁盤分配情況。索引節(jié)點分配情況，動態(tài)實時的掌握內(nèi)存分配。（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及主要函數(shù)publicclassMyFile{ publicintfsize; publicStringfname; publicStringftime; publicStringfcont; publicintfownid; publicintfgrpid; publicintfmode;publicclassDir{ //文件名 36B //TOTAL 36B publicStringfname; //文件名 15B publicintfindex; //INODE號 3B publicStringpname; //父文件名 15B publicintpindex; //父INODE號 3BpublicclassDisk{ publicfinalstaticintDISKSIZE=100*512; //磁盤大小 publicfinalstaticintINUM=80; //inode數(shù)量 publicfinalstaticintBNUM=100; //塊數(shù)量 512B*100=51200B publicfinalstaticintBSIZE=512; //塊大小 publicfinalstaticintISIZE=64; //inode大小 64B*80=5120B publicfinalstaticintDSIZE=36; //dir大小 36B*14~~512B publicfinalstaticintBASEB=11; //不能使用的塊publicclassInode{//索引節(jié)點信息 64B //TOTALNOW 59B publicintfsize; //文件大小 6B publicintfblock; //文件塊數(shù) 6B publicintfaddr[]; //直接塊號 4*3B publicintfadd1; //一級塊號 3B publicintfownid; //所有者ID 6B publicintfgrpid; //所在組ID 6B publicintfmode; //文件類型權(quán)限 6B(d/-+二進(jìn)制) publicStringftime; //最近修改時間 14B(20XXXXXXXXXX) publicInode(){ faddr=newint[4];publicclassSuperBlock{ publicintbitindex[]; //空余塊位示圖 100B publicintbitblock[]; //空余節(jié)點位示圖 120B publicintfreindex; //剩余的節(jié)點 5B publicintfreblock; //剩余的塊 5B（2）流程圖文件瀏覽器文件瀏覽器管理員用戶？管理員用戶？NY磁盤管理查看文件及目錄查看及管理用戶磁盤管理查看文件及目錄查看及管理用戶索引節(jié)點分配磁盤塊分配磁盤屬性刪除用戶添加用戶查看用戶文件屬性讀/寫文件刪除目錄新建目錄刪除文件新建文件索引節(jié)點分配磁盤塊分配磁盤屬性刪除用戶添加用戶查看用戶文件屬性讀/寫文件刪除目錄新建目錄刪除文件新建文件查看文件及目錄查看及管理用戶磁盤管理查看文件及目錄查看及管理用戶磁盤管理索引節(jié)點使用情況磁盤塊使用情況磁盤屬性查看用戶讀文件文件屬性索引節(jié)點使用情況磁盤塊使用情況磁盤屬性查看用戶讀文件文件屬性（三）進(jìn)程及存儲管理3.1進(jìn)程控制：利用簡單的結(jié)構(gòu)和控制方法模擬進(jìn)程結(jié)構(gòu)、進(jìn)程狀態(tài)和進(jìn)程控制。用PCB表示整個進(jìn)程實體，利用隨機數(shù)方法或鍵盤控制方法模擬進(jìn)程執(zhí)行中產(chǎn)生的事件?；蛘呃檬髽?biāo)或者鍵盤中斷的基于圖形接口方式的進(jìn)程控制管理。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):publicclassPCB{ privateintPID;//進(jìn)程id privateinttimeNeed;//運行所需的時間 privateintpriority;//進(jìn)程的優(yōu)先級 privateintstate;//所處于的狀態(tài)5個 privateintmemoryNeed;//所需內(nèi)存 privateintstartLocation;//開始的位置 privatePCBnext;//下一個進(jìn)程控制塊的句柄 privateColorcolor;//顏色 privateintpecent;//執(zhí)行的百分比 publicfinalstaticintstate_running=0; //狀態(tài)標(biāo)志位0表示運行1表示就緒2表示掛起3表示后備4表示解掛 publicfinalstaticintstate_ready=1; //就緒 publicfinalstaticintstate_hang=2; //掛起 publicfinalstaticintstate_reserve=3; //后備 publicfinalstaticintstate_resume=3; //解掛 publicfinalstaticintstate_block=4; //阻塞 publicfinalstaticintstate_dead=5; //死亡 //默認(rèn)構(gòu)造 publicPCB(){（2）主要函數(shù)：publicclassScheduling{}publicbooleanexecuteProcess(){}queue.sortQueue1(); //對就緒隊列按優(yōu)先級排序 publicvoidschedulingProcess(){}/*調(diào)度進(jìn)程進(jìn)入ReadyQueue*/ publicbooleanschedulingFromResume(){}/*從解掛隊列調(diào)度進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列*/ publicbooleanschedulingFromReserve(){}/*從后備隊列調(diào)度進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列*/ publicvoidresumeProcess(PCBpcb){}/*結(jié)束一條進(jìn)程*/ publicvoidaddProcess(inttimeNeed,intpriority,intmemoryNeed){}//添加進(jìn)程 publicbooleanblockProcess(){}/*阻塞進(jìn)程*/classresumeBlockextendsThread{}/*解除阻塞*/ publicbooleanhangProcess(){}/*掛起進(jìn)程*/ classresumeHangextendsThread{ PCBpcb; inttime; publicresumeHang(PCBpcb,inttime){ this.pcb=pcb; this.time=time; }}/*解掛*/ publicintproducePID(){}//隨機產(chǎn)生PID（3）算法設(shè)計創(chuàng)建進(jìn)程：輸入進(jìn)程的名稱，先判斷進(jìn)程名是否已存在，若已存在，則創(chuàng)建進(jìn)程失敗，需重新操作，創(chuàng)建進(jìn)程成功后，新進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列。若執(zhí)行態(tài)為空，將進(jìn)程插入執(zhí)行態(tài)。阻塞進(jìn)程：若當(dāng)前有執(zhí)行進(jìn)程，則將其阻塞，并將進(jìn)程加入阻塞態(tài)，若就緒隊列不為空，則就緒隊列第一個進(jìn)程插入執(zhí)行態(tài)；若當(dāng)前無執(zhí)行進(jìn)程，則阻塞失敗。喚醒進(jìn)程：若當(dāng)前阻塞態(tài)不為空，則將阻塞隊列第一個進(jìn)程插入就緒態(tài)；若當(dāng)前阻塞態(tài)為空，則喚醒失敗。時間片到：若當(dāng)前有執(zhí)行態(tài)進(jìn)程，則插入就緒隊?wèi)B(tài)，并將就緒態(tài)第一個進(jìn)程進(jìn)入執(zhí)行態(tài)；若當(dāng)前無執(zhí)行進(jìn)程，則無執(zhí)行進(jìn)程。結(jié)束進(jìn)程：若當(dāng)前有執(zhí)行進(jìn)程，則結(jié)束進(jìn)程，若當(dāng)前就緒態(tài)不為空，則就緒態(tài)第一個進(jìn)程進(jìn)入執(zhí)行態(tài)；若當(dāng)前無執(zhí)行進(jìn)程，則結(jié)束進(jìn)程失敗。（4）流程圖：開始開始輸入執(zhí)行命令輸入執(zhí)行命令輸入t輸入C輸入b輸入t輸入C輸入bNNN輸入進(jìn)程名執(zhí)行態(tài)插入就緒態(tài)執(zhí)行態(tài)轉(zhuǎn)為阻塞態(tài)YYY輸入進(jìn)程名執(zhí)行態(tài)插入就緒態(tài)執(zhí)行態(tài)轉(zhuǎn)為阻塞態(tài)將進(jìn)程插入就緒態(tài)將進(jìn)程插入就緒態(tài)就緒態(tài)第一個結(jié)點插入執(zhí)行態(tài)就緒態(tài)第一個結(jié)點插入執(zhí)行態(tài)就緒態(tài)第一個結(jié)點插入執(zhí)行態(tài)就緒態(tài)第一個結(jié)點插入執(zhí)行態(tài)執(zhí)行態(tài)為空執(zhí)行態(tài)為空N顯示進(jìn)程信息顯示進(jìn)程信息將進(jìn)程插入執(zhí)行態(tài)顯示進(jìn)程信息Y將進(jìn)程插入執(zhí)行態(tài)顯示進(jìn)程信息顯示進(jìn)程信息顯示進(jìn)程信息輸入w輸入w執(zhí)行態(tài)為空YN執(zhí)行態(tài)為空阻塞態(tài)為空阻塞態(tài)為空NN結(jié)束進(jìn)程阻塞態(tài)插入就緒態(tài)YY結(jié)束進(jìn)程阻塞態(tài)插入就緒態(tài)就緒態(tài)第一個結(jié)點插入執(zhí)行態(tài)就緒態(tài)第一個結(jié)點插入執(zhí)行態(tài)顯示進(jìn)程信息顯示進(jìn)程信息結(jié)束顯示進(jìn)程信息結(jié)束顯示進(jìn)程信息3.2進(jìn)程調(diào)度：實現(xiàn)先來先服務(wù)FCFS、短作業(yè)優(yōu)先ＳＪＦ以及動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法。我們可以根據(jù)創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)時鐘，取相對時鐘作為進(jìn)程的到達(dá)時間，利用隨機數(shù)產(chǎn)生每個進(jìn)程的估計運行時間。利用模擬系統(tǒng)中提供的算法分別計算其相應(yīng)的周轉(zhuǎn)時間和帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及主要函數(shù)publicclassNewPCBDialogextendsJDialogimplementsActionListener{ privateJLabeltips_priority; privateJLabeltips_timeNeed; privateJLabeltips_memoryNeed; privateJTextFieldtext_priority; privateJTextFieldtext_timeNeed; privateJTextFieldtext_memoryNeed; privateJButtoncreate; privateMainFrameparentFrame;publicNewPCBDialog(MainFrameframe){} publicvoidinit(){} publicvoidactionPerformed(ActionEvente){}（2）算法設(shè)計：1、利用絕對時間和相對時鐘產(chǎn)生一組進(jìn)程的到達(dá)時刻和運行時間。2、實現(xiàn)FCFS算法：根據(jù)進(jìn)程的到達(dá)時間的先后次序來完成對若干進(jìn)程的調(diào)度。3、實現(xiàn)ＳＪＦ算法：根據(jù)當(dāng)前時間已經(jīng)到達(dá)進(jìn)程的需要運行時間選取其中時間最小的進(jìn)程最先運行。4、實現(xiàn)DPS算法：各進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)隨運行時間而改變，進(jìn)程在就緒隊列中等待一個時間片，優(yōu)先權(quán)值加1；進(jìn)程每運行一個時間片，優(yōu)先權(quán)值減3。然后調(diào)用priority()函數(shù)按照個進(jìn)程的優(yōu)先級別的高低來決定進(jìn)程在每個時間片的狀態(tài)，并通過輸出函數(shù)顯示。5、計算每種算法調(diào)度后，系統(tǒng)的平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。（3）流程圖：進(jìn)程調(diào)度過程FCFS算法開始FCFS算法開始創(chuàng)建數(shù)組，并初始化將數(shù)組中的進(jìn)程按到達(dá)時間的順序排序獲取某進(jìn)程執(zhí)行過程中到達(dá)的所有進(jìn)程對獲取的所有進(jìn)程按照短作業(yè)優(yōu)先進(jìn)行排序得到進(jìn)程的執(zhí)行序列依次執(zhí)行各個進(jìn)程所有進(jìn)程執(zhí)行完成結(jié)束SJF算法SJF算法DPS算法（四）系統(tǒng)進(jìn)程管理：任務(wù)管理器（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及主要函數(shù)publicTaskList(){ super("任務(wù)管理器"); this.addItem(); this.pack(); this.setVisible(true); this.setLocation(150,100);（2）任務(wù)管理器功能模塊六、完成的情況在課設(shè)期間，采用java編程語言，模擬開發(fā)一個多用戶多任務(wù)的類操作系統(tǒng)軟件，所實現(xiàn)的功能有：（1）模擬進(jìn)程調(diào)度算法，模擬各種進(jìn)程調(diào)度算法，并能管理各種進(jìn)程調(diào)度算法的演示過程。（2）模擬各種內(nèi)存分配算法及回收過程，并能動態(tài)演示。結(jié)合進(jìn)程調(diào)度算法，能為進(jìn)程模擬分配內(nèi)存，并設(shè)計一個跟蹤該內(nèi)存模擬分配的進(jìn)程或線程，記錄內(nèi)存分配的結(jié)果；（3）模擬多用戶登錄管理過程，能允許多個用戶登錄，為每個用戶建立進(jìn)程或線程，并進(jìn)行進(jìn)程管理；（4）能模擬文件系統(tǒng)管理，進(jìn)程可以對文件系統(tǒng)（包括文件和