《操作系统》课程设计（含源代码）.doc-资料库

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《操作系统》课程设计内容及相关要求实验目的：通过实验理解操作系统的工作原理和实现方法。实验要求：能在选定的计算机系统中顺利运行所模拟的操作系统基本功能的程序，并得到预期的效果。实验内容：下列两个实验为必做，若有兴趣可自行设计其他实验实验 1：模拟分页式存储管理中硬件地址转换和利用先进先出调度算法（FIFO）处理缺页中断。实验 2：模拟采用二级目录结构的磁盘文件系统中的文件操作。实验 1：模拟设计页面调度实验要求：模拟页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断，并用先进先出调度算法（FIFO）处理缺页中断。模拟设计： 1．页表：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，则实际上不必把该页调出而重新写到磁盘上（因磁盘上已有副本）。因此在页表中应该有是否修改过的标志。当执行“存”指令和“写”指令时，把对应的修改标志置成 1，表示该页修改过，否则为 0，表示该页未修改过。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 个主存块，且该作业的第 0 页---第 3 页已经装入主存。该作业的页表如表 9—3 所示。表 9—3：页号标志主存块号修改标志在磁盘上的位置 5 8 9 1 0 1 2 3 4 5 6 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 011 012 013 021 022 023 121

2.指令序列: 可假设该作业依次执行的指令序列如表 9—4 所示。表 9—4：操作页号页内地址＋＋ × 存取－ 0 1 2 3 0 6 070 050 015 021 056 040 操作移位＋存取＋存页号页内地址 4 5 1 2 4 6 053 023 037 078 001 084 3.地址转换和缺页中断: 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。如果访问的页在主存，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。如果访问的饿页不在主存，则输出“*该页页号”，来表示硬件产生了一个缺页中断。 4．模拟页面调度：编制一个 FIFO 页面调度程序。因为 FIFO 页面调度算法总是先调出最先进入主存的那一页，因此可以用一个数组来构成页号序列。数组的元素是在主存的页面号。根据上例中的假定，允许使用的主存块数为 4，且开始的 4 页已装入主存，则数组可由 4 个元素组成：P[0]，P[1]，P[2]，P[3]。它们的初值为：P[0]：=0，P[1]：=1，P[2]：=2，P[3]： =3 用一指针 K 指示：当要装入新页时，应调出的页在数组中的位置，K 的初值为 0。当产生缺页中断后，操作系统总是选择 P[K]所指的页面调出，然后执行 P[K]：=要装入的新一页页号 K：=(K+1)mod 4。在实验中，不必实际地启动磁盘去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“要装入的新页页号”来模拟一次调出和装入的过程。流程图模拟地址转换，缺页中断及页面调度的流程如图 9—3 所示。可根据该流程图编制源程序，然后按假设的页表和指令序列来调试你所编制的程序。 2

开始取一条指令指令中访问的页号保存到 X 中查页表是形成绝对地址该页标志=1？是否“存” 指令？是否置该页的修改标志为 1 输出绝对地址取下一条指令是有后继指令？结束否否（产生缺页中断）输出：“该页页号” j:=P[k] 该页的修改标志=1？是否模拟硬件地址转换模拟 F I F O 页面调度输出“OUT j” 输出“IN X” P[k]:=X K:=(k+1) mod 4 修改页表图 9—3 地址转换和 FIFO 页面调度流程 3

实验 2：模拟设计文件操作 1．实验要求：模拟采用二级目录结构的磁盘文件系统中的文件操作。模拟设计 1．二级目录结构目录 UFD。模拟设计的目录结构如图 9-4 所示。第一级为主文件目录 MFD，第二级为用户文件用户名用户文件目录地址文件名文件属性记录长度文件地址主文件目录 MFD 用户文件目录 UFD 9-4 二级目录结构假定系统可同时管理 N 个用户文件，每个用户最多在磁盘上保存 L 个文件。约定用户把文件都组织成记录式文件，文件中每个记录都是定长的，文件在磁盘上的组织形式为链接结构。整个系统只有一张主文件目录表，但有 N 张用户文件目录表。用户文件目录 UFD 中的“文件属性”规定文件的使用权限为“只可读”或“可读可写”；“记录长度” 是指组成该文件的逻辑记录长度，“文件地址”是指文件存放在磁盘上的首块地址。 2．已打开文件表可为每个用户设置一张“”，用以说明该用户当前正在使用文件的情况。如果允许用户最多同时打开或建立 S 个文件，那么用户已打开文件表 UOF 应该有 S 个登记栏，结构如图 9—5 所示。文件名文件属性记录状态状态（打开/建立）读指针写指针用户请求打开或建立一个文件时，由相应的文件操作把有关该文件的信息登记到 UOF 中，读指针和写指针用于指出对文件进行存取的当前位置。图 9—5 UOF 结构 4

流程图假定文件系统提供的文件操作有建立文件(create)，打开文件(open)，关闭文件(close)，读文件(read)，写文件(write)和撤消文件(delete)。在模拟程序中可从键盘上输入文件操作命令来模拟各用户程序中所调用的各种文件操作，用一个结束命令(end)停止持续执行。 1. 主程序流程：主程序结构流程如图 9-6 所示。开始初始化文件目录表初始化已打开文件表输入用户名建立子程序否显示：无此用户 MFD 中有该用户？是打开子程序关闭子程序输入文件操作命令读子程序分析命令写子程序撤消子程序显示：命令错结束图 9--6 主程序结构流程 2．建立文件子程序流程：建立文件的命令格式为：create(文件名，记录长度，文件属性) 模拟文件系统进行“建立文件”的处理流程如图 9—7 所示，其中“找一个磁盘空闲块” 5

的工作可用“取一个随机数”来模拟，取到的随机数即为空闲块的块号。是显示：有同名文件，不能建立开始查找用户的 UFD UFD 中有该文件？否在 UFD 和 UOF 中找空登记项在 UFD 和 UOF 中登记文件名，记录长度，文件属性找一磁盘空闲块 i：=找到的块号 UFD 登记栏中的文件地址：= i 该用户的 UOF 表项中的状态：=建立写指针：= i 显示“建立”成功返回图 9—7 “建立文件”模拟流程 3．打开文件子程序流程：打开文件的命令格式为：open(文件名，操作类型) 其中操作类型指出文件打开后，用户将对文件进行读还是进行写。约定操作类型与文件属性不符合或正处于“建立”状态的文件不允许打开。其处理流程如图 9—8 所示。 6

开始查找用户的 UFD 中有该文件？是查找用户的 UOF 否显示：文件不存在，不能打开是 UOF 中有该文件？否否该文件是“建立”状态？是是文件属性与操作类型相符？显示：文件已打开显示：正在建立，不能打开登记 UOF：文件名，记录长度，文件属性状态：=“打开” 读指针：=UFD 中文件地址写指针：=UFD 中文件地址显示：“打开”成功否显示：操作不合法，不能打开返回图 9--8 “读文件”模拟流程 4．写文件子程序流程写文件的命令格式为：write(文件名，记录号) 执行写文件操作时要区分两种情况，第一种是在执行 create 后要求写，第二种是在执行 open 后要求写。对第二种情况可认为用户要对一个已建立好的文件进行修改。一个文件可以分多次写。既可按记录顺序一个记录一个记录写，也可随机地写各个记录。采用顺序写时可省略记录号。模拟写文件操作的工作流程如图 9—9 所示。 5．读文件子程序流程读文件的命令格式为：read(文件名，读长度) 文件打开后可用读文件操作请求读指定文件中的若干记录。既可顺序地读，也可随机地读。这里约定总是顺序地读文件中的记录。读长度表示本次读操作需读的记录个数。其处理流程如图 9—10 所示。 7

显示：文件尚未建立或打开，不能写否是是显示：操作不合法，不能写取出“写指针” 指出的块号修改“写指针” 开始查找用户的 UOF UOF 中有该文件？是该文件为“建立”状态？否文件属性为 “只读” 否顺序修改？把修改信息写入到物理块中（用显示物理块号来模拟）显示： “ 写文件”成功返回是把记录信息写到“写指针”指示的物理块中（用显示物理块号和记录号来模拟）找一空闲块填文件链接字，并修改“写指针” 否指出存放指定记录的块号图 9--9 “写文件”模拟流程 8

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