中南大学操作系统实验报告.docx-资料库

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操作系统实验报告学生姓名学号专业班级指导教师宋虹学院信息科学与工程学院完成时间 2018 年 5 月 20 日

目录第一部分……………………………………………………………………………… 1 一、实验概述（一）实验目的....................................................................................................1 （二）实验内容及要求........................................................................................1 1、操作系统实验一...........................................................................................................1 2、操作系统实验二...........................................................................................................2 二、需求分析（一）基本原理....................................................................................................4 1、动态优先权调度算法.....................................................................................4 2、首次适应算法................................................................................................4 （二）基本功能....................................................................................................4 三、总体设计（一）总体设计思路............................................................................................7 （二）总体工作流程图......................................................................................17 四、详细设计与实现（一）数据结构设计……………………………………………………………10 （二）进程调度模块的设计与实现……………………………………………10 （三）内存管理模块的设计与实现……………………………………………21 五、实验运行结果…………………………………………………………………… 26 第二部分………………………………………………………………………………32 第三部分………………………………………………………………………………54 第四部分………………………………………………………………………………65 结束语..........................................................................................................................72 参考文献......................................................................................................................76

第一部分一实验概述（一）实验目的本实验是操作系统原理课程的实践性锻炼环节。通过实验，帮助学生更好地掌握操作系统在计算机软硬件资源管理中的地位和作用，掌握操作系统的基本概念、原理和基本方法，锻炼学生应用高级编程语言完成进程管理和内存管理编程的能力，初步培养学生系统层次软件分析、设计能力，使学生加深对操作系统本质的理解，巩固课堂所学的理论知识。（二）实验内容及要求操作系统实验一 1. 实验题目支持多进程并发执行的简单模拟系统 2. 实验目的（1）加深对进程概念及进程管理各部分内容的理解；（2）熟悉进程管理中主要数据结构的设计及进程调度算法、进程控制机构和同步机构的实现过程。 3. 实验内容（1）设计进程管理中数据结构的内容；（2）设计一个优先权调度算法，实现进程调度；（3）设计至少两个临界资源的同步管理模拟。 4. 实验要求（1）最好采用图形界面；（2）可随时增加进程；（3）规定道数，设置后备队列和阻塞状态。若内存中进程少于规定道数，可自动第 1页共 70 页

从后备队列中调度作业进入。被阻塞进程入阻塞队列，设置唤醒功能用于将指定阻塞进程唤醒进入就绪队列；（4）每次调度完成，显示各进程状态；（5）设置至少两个临界资源阻塞队列和公共变量，模拟同步过程；（6）设置时间片中断操作； 5. 提示（1）PCB 内容：进程名/PID、要求运行的时间、优先数、状态、临界资源表、条件表；（2）可随时输入若干进程，并按优先权排序；（3）从就绪队列首选进程运行：优先数－1；要求运行时间－1；当要求运行时间＝0 时，撤销该进程；（4）重新排序，进行下轮调度；操作系统实验二 1. 实验题目主存空间的分配与回收 2. 实验目的帮助了解在不同的存储管理方式下，应怎样实现主存空间的分配和回收。 3. 实验内容在可变分区管理方式下，采用最先适应算法实现主存空间的分配和回收。 4. 实验提示和要求 (1)自行假设主存空间大小，预设操作系统所占大小并构造未分分区表；表目内容：起址、长度、状态（未分/空表目） (2)结合实验一，PCB 增加为： {PID，要求运行时间，优先权，状态，所需主存大小，主存起始位置，PCB 指针} （3）采用最先适应算法分配主存空间。第 2页共 70 页

（4）进程完成后，回收主存，并与相邻空闲分区合并。二需求分析第 3页共 70 页

（一）基本原理 1. 动态优先权调度算法动态优先级调度算法是指在创建进程之初，先赋予其一个优先级，然后其值随着进程的推进或等待时间的增加而改变，以便获得更好的调度性能。例如，可以规定在就绪队列中的进程随其等待的时间的正常，使其优先级相应提高。若所有的进程都具有相同的优先级初值，则最先进入就绪队列的进程会因为其优先级变得最高，而优先获得处理机，这相当于 FCFS 算法。若所有的就绪进程具有各不相同的优先级初值，那么对于优先级初值低的进程，在等待了足够的时间后，也可以获得处理机。抢占式优先权调度算法在这种方式下，系统把处理机分配给优先权最高的进程，使之执行。但在其执行期间，只要又出现了另一个其优先权更高的进程，进程调度程序就立即停止当前进程(原优先权最高的进程)的执行，重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。因此，在采用这种调度算法时，是每当系统中出现一个新的就绪进程 i 时，就将其优先权 Pi 与正在执行的进程 j 的优先权 Pj 进行比较。如果 Pi≤Pj，原进程 Pj 便继续执行；但如果是 Pi>Pj，则立即停止 Pj 的执行，做进程切换，使 i 进程投入执行。显然，这种抢占式的优先权调度算法能更好地满足紧迫作业的要求，故而常用于要求比较严格的实时系统中，以及对性能要求较高的批处理和分时系统中。 2. 首次适应算法首次适应算法（FF，first fit）是内存基于顺序搜索的动态分配分区算法，在分配内存时，从链首开始顺序查找，直至找到一个大小能满足要求的空闲分区为止，然后在按照作业的大小从该分区中划出一块内存空间，分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲链中。若从链首直至链尾都不能找到一个能满足要求的分区，则表明系统中已没有足够大的内存分配给该进程，内存分配失败，返回等待。该算法倾向于优先利用内存中低地址部分的空闲分区，从而保留了高地址部分不断被划分。这为以后到达的大作业分配大的的内存空间创造了条件。其缺点是低地址部分不断被划分，会留下许多难以利用的、很小的空闲分区，称为碎片。而每次查找又都是从低地址部分开始的，这无疑又会增加查找可用空闲分区时的开销。（二）基本功能 1. 创建第 4页共 70 页

创建新进程，弹出新建进程的窗口。如果用户自己设置进程名称、运行时间用优先级，则按用户的需要创建；否则，系统将随机为该进程生成名字、运行时间及优先级。如果就绪队列表中的进程数目少于 4 个，那么就将新建的进程放入就绪队列表中，分配内存，并按优先级的高低排列；否则该进程就进入到后备队列表中，同样也会按优先级进行排列。 2. 运行选择“运行”时，就绪队列表中的第一个进程的状态改为“运行”，并且开始运行。按照初始优先权排序后分配内存，文本框中显示“某进程正在运行...”，优先权-1，要求运行时间-1；按照动态优先权调度，运行的进程不断切换；随着时间的推移，进程的剩余时间慢慢变小，直到 0；进度条按比例增长，到最大值后返回 0。当第一个进程运行完后，移出就绪队列，如果后备队列表中有进程，那么将后备队列中的第一行移到就绪表中并排序。修改排序后的第一个进程的状态然后运行。重复这些，直到后备队列表和就绪队列表为空。 3. 挂起选择“挂起”时，当就绪队列表不为空时，如果选择了表中的一项，那么将选中的那一行移出就绪队列表，如果没有选择就绪表中的任意一行，那么将就绪队列表中的第一行移出；在挂起队列表中添加移出了的这一行，并将状态改为“挂起”；如果就后备队列表不为空，那么将此表中的第一行移到就绪队列表中并排序。 4. 解挂选择“解挂”时，当挂起队列表不为空时，如果没有在挂起队列表中选择一行，那么不能挂起；如果选择了，那么将选择了的这一行移出；如果就绪队列表中的行数小于 4，在就绪队列表中添加移出了的这一行，并将状态改为“就绪”；如果就绪队列表中的行数大于或等于 4，那就在后备队列表中添加这一行，并将状态改为“后备”。 5. 清空选择“清空”时，将内存和分配分配情况记录清空。 6. 退出选择“退出”时，退出整个图形界面。 7. 唤醒第 5页共 70 页

用于将指定阻塞进程唤醒进入就绪队列。三总体设计（一）总体设计思路根据实验一、二的任务要求将本程序分为两个模块：进程调度模块、内存分配模块。进程调度模块使用动态优先权调度算法，内存分配模块使用最先适应算法。通过 Swing 技术来实现用户友好的图形化界面，首先将主页面分成两部分：上面小部分 p1 依次放置要用到的按钮（创建，运行，唤醒，挂起，解挂，清空，退出），剩下一大部分 p2 用来放置表格，显示进程的详细信息。p2 又分成了四个部分，其中前三个部分用来放置表格，分别为后备队列表、就绪队列表、挂起进程表、阻塞队列表哦，最后一部分放置一个文本框（显示内存分配情况记录），进度条（显示正第 6页共 70 页

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