课程名称: 操作系统B
实验项目: 操作系统实验
实验地点： 实验楼209
专业班级：
学生姓名： 学号:
指导教师: 方昀
2０１5 年 1２ 月 3号?实验一 几种操作系统的界面
实验目的和要求
目的本实验的目的是使学生熟悉１—2种操作系统的界面,在熟练使用机器的基础上，能了解各种操作命令和系统调用在系统中的大致工作过程。也就是通过操作系统的外部特征，逐步深入到操作系统的内部实质内容中去。
要求
能熟练的在1—2种操作系统的环境下工作，学会使用各种命令,熟悉系统提供的各种功能，主动而有效地使用计算机。
熟悉系统实用程序的调用方法和各种系统调用模块的功能和作用。
实验内容
在某种操作系统的环境下建立、修改、运行、打印源程序和结果，最后撤消一个完整的程序。
提示:可按下述步骤进行
编写一个完整的源程序，通过编辑命令送入机器，建立源程序文件;
编译该源文件,建立相应的目标文件;
编译有错时，再用编辑命令修改源文件，消除全部词法和语法错误;
连接目标文件,形成可执行文件；
执行该文件，得到结果；
打印输出源程序和运行结果;
撤消本次实验中形成的所有文件。
实验步骤及程序流程图
命令行格式对Ｊava编译连接运行：
对jjj.tｘt文件编写代码,然后后缀名改为ｊavａ，通过jａｖac命令编译、java命令执行得到结果Heｌlｏ,Java!
1-1
1-２
在eclipｓe下的可视化界面对Jａva程序进行编译和执行：
1.编写源代码
1-3
找到执行按钮
1-４
查看结果
1-5
四、实验结果与分析
无论是可视化界面还是命令行格式都可以对程序进行编译连接运行的操作。
五、讨论、心得
虽然现在的操作系统可视化界面比较广泛,但是通过这两种方式,了解不同执行命令的方式，有利于我们今后的学习,和对多种操作系统的了解。
实验二 进程调度程序设计
实验目的和要求
目的进程是操作系统最重要的概念之一，进程调度是操作系统的主要内容，本实验要求学生独立地用高级语言编写一个进程调度程序,调度算法可任意选择或自行设计，本实验可使学生加深对进程调度和各种调度算法的理解。
要求
设计一个有几个进程并发执行的进程调度程序,每个进程由一个进程控制块(ＰＣB）表示,进程控制块通常应包括下述信息：进程名，进程优先数，进程需要运行的时间，占用CPU的时间以及进程的状态等,且可按照调度算法的不同而增删。
调度程序应包含2—3种不同的调度算法，运行时可以任选一种,以利于各种方法的分析和比较。
系统应能显示或打印各进程状态和参数的变化情况,便于观察。
实验内容
题目 本程序可选用优先数法或简单轮转法对五个进程进行调度。每个进程处于运行R(ruｎ)、就绪W(ｗａｉt)和完成F(finisｈ）三种状态之一,并假定起始状态都是就绪状态W。
为了便于处理,程序中进程的运行时间以时间片为单位计算。各进程的优先数或轮转时间片数、以及进程需要运行的时间片数，均由伪随机数发生器产生。
进程控制块结构如表2-1所示:
表2-1 PCB
进程标识符
链指针
优先数/轮转时间片数
占用CPU时间片数
进程所需时间片数
进程状态
进程控制块链结构如图2－1所示：
RUN
HEAD
TAＩL
1 ┇
1
┇
R
3
┇
W
5
┇
W
W
0
┇
2
…
图2-１ 进程控制块链结构
其中：ＲUN—当前运行进程指针；ＨEＡD—进程就绪链链首指针;
TAIL—进程就绪链链尾指针。
2． 算法与框图 程序框图如图2－2所示。
priority
priority
是
输入调度算法alog
开始
alog=priority/round robin?
生成并按优先数大小排列进程控制块链
进程时间片数为0？
从链首取一个进程投入运行
生成并按进入次序
排列进程控制块链
链首进程投入运行
时间片到，进程时间片
数减1，优先数减3
运行进程退出，排到进程链尾部
撤消该进程
链首进程投入运行
时间片到，进程时间片数
减1，占用CPU时间加1
优先数大于链首进程?
进程时间片数为0？
撤消该进程
运行进程退出，按优先数插入进程链
从链首取一个进程投入运行
结束
结束
进程队列空?
进程队列空?
是
是
是
否
否
否
否
否
是
round robin
占用处理机时间片到?
否
是
图2-2 进程调度框图
（1）优先数法。
进程就绪链按优先数大小从大到小排列，链首进程首先投入运行。每过一个时间片,运行进程所需运行的时间片数减1,说明它已运行了一个时间片，优先数也减3。理由是该进程如果在一个时间片中完成不了，优先级应降低一级。接着比较现行进程和就绪链链首进程的优先数,如果仍是现行进程高或者相同，就让现行进程继续运行,否则，调度就绪链链首进程投入运行。原运行进程再按其优先数大小插入就绪链,且改变它们对应的进程状态，直至所有进程都运行完各自的时间片数。
(2)简单轮转法。
进程就绪链按各进程进入的先后次序排列,链首进程首先投入运行。进程每次占用处理机的轮转时间按其重要程度登入进程控制块中的轮转时间片数记录项（相应于优先数法的优先数记录项位置)。每过一个时间片,运行进程占用处理机的时间片数加1,然后比较占用处理机的时间片数是否与该进程的轮转时间片数相等,若相等说明已到达轮转时间，应将现运行进程排到就绪链末尾,调度链首进程占用处理机,且改变它们的进程状态,直至所有进程完成各自的时间片。
三、实验结果
轮转法:
(只贴出首尾和中间部分过程截图)
优先数法:
四、讨论、心得
一开始程序中有错误,经过修正后可以正常运行。为方便观察结果我将程序中部分英文换为中文,并修改了一些随机函数的种子数。
轮转法中为每个进程分配了时间片,当该进程时间片到或执行完毕就放到队尾，把rｕn指针后移,取下一个进程执行。由于时间片固定,执行按照队列顺序,程序简单易懂好用。优先数法首先给予每个进程优先级，然后根据优先级从高到低给进程排序，取头指针执行，每执行完一次时间片就检查优先级，若最高继续执行，若不是则插入队列中合适位置。
实验三 存储管理程序设计
一、实验目的和要求
目的存储管理的主要功能之一是合理地分配主存空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。
本实验的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法的模拟设计，来了解虚拟存储技术的特点,掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
要求
模拟页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断的处理过程，并用先进先出调度算法(FIＦＯ）处理缺页中断。
二、实验内容
为了装入一个页面而必须调出一页时，如果被选中调出的页面在执行中没有修改过,则不必把该页重新写到磁盘上（磁盘已有副本）。因此在页表中可以增加是否修改过的标志,当执行“存”、“写”指令时把对应页的修改标志置“1”,表示该页修改过,否则为“０”,表示该页未修改过。页表格式（页号，标志，主存块号，修改标志,磁盘上的位置）
设计一个地址转换程序来模拟硬件的地址转换和缺页中断处理过程。当访问的页在主存时则形成绝对地址，但不去模拟指令的执行，可用输出转换后的绝对地址来表示一条指令已完成。当访问的页不在主存时则输出“*该页页号”来表示硬件产生了一次缺页中断。
编制一个FIＦO页面调度程序。FIFO页面调度算法总是先调出作业中最先进入主存的那一页，因此，可以用一个数组来构成页号队列。数组中每个元素是该作业已在主存的页面号，假定分配给作业的主存块数为m，且该作业开始的ｍ页已装入主存,则数组可由ｍ个元素组成：P[0]，P[1]，…，P［m-1],它们的初值为P[0]∶=0,P[1］∶=1,…，P[m－1]∶= m－1。
用一指针ｋ指示当要装入新页时应调出的页在数组的位置,k的初值为“0”。当产生缺页中断后，操作系统总是选择Ｐ[k]所指出的页面调出,然后执行Ｐ［k]∶=要装入的新页页号,
k∶=(k+1)ｍｏd ｍ。在实验中不必实际地启动磁盘执行调出一页和装入一页的工作，而用输出“ＯUT调出的页号”和“IN要装入的新页页号”来模拟一次调出和装入的过程。
假定主存的每块长度为１024个字节，现有一个共7页的作业,其副本已在磁盘上。系统为该作业分配了4块主存块,且该作业的第0页至第3页已经装入主存,其余3页尚未装入主存，该作业的页表见表３-2所示。
表3－2 作业的页表
页号
标志
主存块号
修改标志
在磁盘上的位置
0
1
5
0
０１1
1
1
8
0
01２
2
1
9
0
013
3
1
1
0
02１
４
０
0
022
５
0
0
023
６
0
0
1２１
如果该作业依次执行的指令序列如表３-3所示。
表3-３ 作业依次执行的指令序列
操作
页号
页内地址
操作
页号
页内地址
+
0
０7０
移位
4
053
＋
1
050
＋
5
0２3
×
2
015
存
1
037
存
3
02１
取
２
０78
取
0
0５6
+
4
001
-
6
040
存
6
08４
依次执行上述的指令序列来调试你所设计的程序（仅模拟指令的执行,不必考虑指令序列中具体操作的执行)
为了检查程序的正确性，可自行确定若干组指令序列,运行设计的程序，核对执行结果。
程序清单
#ｉｎcｌudｅ ＜stｄio.h>
#ｉncｌude <stｄｌib.ｈ＞
#ｄeｆｉnｅ ｎｕmbeｒ 12
#defiｎｅ length 7
struct pagｅliｓt{
iｎt ｂｎｕm；//页号
?iｎt id;//标志
?int changeid;/／修改标志
?inｔ loｃaｔioｎ;//所在磁盘位置
}paｇelｉst［length］;／／页表
strucｔ ａctiｏn{
?char ｎamｅ;／／操作
?int object；//页号
int adｄ;//页内地址
}action[numｂer];//对页面的操作
struct ｐagecｈａｉｎ{
iｎｔ ｐagｅ;
?inｔ bｌｏck;
?iｎｔ next;
}paｇechaｉn[length］;／/存放在块中的页
inｔ hｅad；/／pagｅｃｈain的头指针
inｔ replace(ｉnt pnu);
vｏｉd cａculate(iｎｔ ｐnu,ｉnｔ leavｅ)｛//计算物理地址传入页号和页内偏移
int waｄd;
?int i;
?int b;
if(pagelist[pnu].iｄ＝＝1){
b=ｐａgecｈａin[pnu].ｂlｏck；
?}eｌse
?b＝repｌace(pnu)；
wadd=b*１0２4+leaｖｅ；
?prｉｎtｆ（"\ｎ页号为%d的分页的物理地址：%d\t\t",pｎu,wａdd);
}
int rｅplace(int ｐnu）{／／页面置换
int b,ｐ;
?ｂ=pagechaｉn[head].block;
ｐ=pageｃhain[hｅａd].pagｅ;
?//将需要的页面调入块
pagｅcｈaiｎ[ｈead］.ｐage＝pnu;
ｐageｌisｔ［pnｕ].bｎｕm=b；
?paｇelisｔ[ｐnu].ｉd=1;
?/／将块中页面调出
pagelist[p］.id=0;
?ｐagelｉst[p].bnum＝0；
heaｄ=pａgechain[head］．nｅｘt;
pｒｉｎtｆ（"\n%d与%ｄ互换\t\t",pｎｕ,p)；
printｆ("％d进去,%ｄ出来",pｎu,p);
?ｒetｕrn b;
｝
voiｄ iｎiｔPagelist(){/／初始化页表
?inｔ ｋ,ｂ，l;
?foｒ(k＝０;ｋ<leｎgth；k＋＋)｛
ｉf（k<4)｛
? ｐｒintf("\ｎ请输入第%d个页面所在的块的块号:",k)；
? ?sｅｔbuf(stdiｎ， NULL）;
sｃanf（"%d＂,&b）；
? pagｅlisｔ[k].ｂｎｕｍ=b;
?pａgelist［k］.id=1;
? }ｅlsｅ{
? pageｌisｔ［k].bｎuｍ=0;
pａgｅlist[k].id=0；
?}
pageｌist[k].ｃhａngｅid=0;
? priｎtf("\ｎ请输入第%d个页面所在的磁盘位置："，k）；
? sｅtｂuf(sｔdｉn, ＮULL);
? scaｎf(＂%d"，&l)；
?paｇelisｔ[k]．location=l；
?}
}
void inｉｔＡctioｎ(）｛／/初始化操作表
?inｔ i,b,c;
chaｒ a;
for(i=0;ｉ<ｎumbｅr;i++){
? printf("＼n请输入相应的操作页面及页内偏移(w:移位，ｃ：取，ｑ:存):"）;
sｅｔｂuf(sｔdin， NULL);
?sｃaｎf(＂%ｃ，%ｄ，%d"，&a，＆b，&ｃ);
actioｎ[i］.ｎame=ａ;
?ａctiｏn[i].objeｃt＝ｂ;
ａctiｏn[ｉ].aｄd=c;
}
}
voiｄ ｉｎitPageｃhain(){//初始化页在块中的队列链
ｉnt j;
?fｏｒ（ｊ=0;j<4;j+＋){
? pagechain[ｊ].page=j;
? pageｃhaｉn[j］.block=pagelisｔ[j].bnum;
? if(j==３）
pagｅchain[ｊ］.nexｔ=0;
eｌｓe
?pageｃhain［j].nｅxt=j+１;
?}
}
voｉｄ main()｛?
ｉｎt ｋ=0;
int ｐａg,address;
?char na;
?hｅａd=0；
?ｉnitPａｇelｉsｔ（)；
?initAcｔioｎ();
initPaｇecｈain();
?for(k=0；k<nｕmｂer;k++）{
?ｎａ=actｉon［ｋ].ｎaｍｅ；
ｐａg=ａctiｏn[k］．obｊect;
? addresｓ=actioｎ[ｋ].aｄd;
?caculate(pａｇ,ａdｄress);
?if（na＝='c'||nａ=＝＇q'||na=＝'w')
pａgｅｌiｓt［pａg］.chａngeid=１;
?}
}
实验结果与分析
过程: 3-1
3-２
结果：
3-3
讨论、心得
程序编写虽有难度，但是也还可以，将操作，页表，块分别初始化,再加上一个置换算法即可。但是我在置换算法中在调整位置时用ｉd赋值，虽然结果正确,但是修改了id,这点有待改进。
程序使用的是ＦIＦO算法，即先进先出算法。先将４个页调入主存中，当产生缺页中断时，主存第一个页调出，需要的页进入，再产生缺页中断时,第二个页调出，需要的页调入,以此类推,块中的页形成一个环,有需要时按序调出即可。
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