太原理工大學(xué)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報告.doc

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課程名稱： 操作系統(tǒng)B 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目： 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)樓209 專業(yè)班級： 軟件 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 方昀 2015 年 11 月 30 目 錄 實(shí)驗(yàn)一 幾種操作系統(tǒng)的界面 1 一、目的和要求 1 二、內(nèi)容 1 實(shí)驗(yàn)二 進(jìn)程調(diào)度程序設(shè)計 2 一、目的和要求 2 二、示例 2 實(shí)驗(yàn)三 存儲管理程序設(shè)計 9 一、目的和要求 9 二、提示 9 實(shí)驗(yàn)一 幾種操作系統(tǒng)的界面 一、目的和要求 （一） 目的 本實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生熟悉1—2種操作系統(tǒng)的界面，在熟練使用機(jī)器的基礎(chǔ)上，能了解各種操作命令和系統(tǒng)調(diào)用在系統(tǒng)中的大致工作過程。也就是通過操作系統(tǒng)的外部特征，逐步深入到操作系統(tǒng)的內(nèi)部實(shí)質(zhì)內(nèi)容中去。 （二） 要求 1. 能熟練的在1—2種操作系統(tǒng)的環(huán)境下工作，學(xué)會使用各種命令，熟悉系統(tǒng)提供的各種功能，主動而有效地使用計算機(jī)。 2. 熟悉系統(tǒng)實(shí)用程序的調(diào)用方法和各種系統(tǒng)調(diào)用模塊的功能和作用 二、內(nèi)容 在某種操作系統(tǒng)的環(huán)境下建立、修改、運(yùn)行、打印源程序和結(jié)果，最后撤消一個完整的程序。 提示：可按下述步驟進(jìn)行 1． 編寫一個完整的源程序，通過編輯命令送入機(jī)器，建立源程序文件； 2． 編譯該源文件，建立相應(yīng)的目標(biāo)文件； 3． 編譯有錯時，再用編輯命令修改源文件，消除全部詞法和語法錯誤； 4． 連接目標(biāo)文件，形成可執(zhí)行文件； 5． 執(zhí)行該文件，得到結(jié)果； 6． 打印輸出源程序和運(yùn)行結(jié)果； 7． 撤消本次實(shí)驗(yàn)中形成的所有文件。 三、實(shí)驗(yàn)步驟及程序流程圖 1）Dos命令行。 1. 按住Windows鍵+R輸入notepad回車調(diào)出記事本。 2. 編輯一個java程序選擇另存為d：。 3. 按住Windows鍵+R輸入cmd回車。 4. 進(jìn)入Dos界面鍵入d：。 5. 輸入dir查看java文件，使用javac命令進(jìn)行編輯 四、程序清單（據(jù)情況而定） class demo { public static void main(String [] args) { System.out.print("這是一個java例子"); } } 五、討論、心得 本次實(shí)驗(yàn)是在Windows10系統(tǒng)下進(jìn)行的，通過對一個Java小程序的編譯連接熟悉對Win10的操作以及DOS命令的使用。 試驗(yàn)中使用到的DOS工具： 查看目錄：dir 編輯：javac 通過本次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步熟悉了對操作系統(tǒng)尤其是DOS 命令的使用，初步了解了部分操作命令和系統(tǒng)調(diào)用在系統(tǒng)中的大致工作過程，通過實(shí)踐也加深了對老師課堂一些所講知識的理解。 實(shí)驗(yàn)二 進(jìn)程調(diào)度程序設(shè)計 一、目的和要求 （一） 目的 進(jìn)程是操作系統(tǒng)最重要的概念之一，進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)的主要內(nèi)容，本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生獨(dú)立地用高級語言編寫一個進(jìn)程調(diào)度程序，調(diào)度算法可任意選擇或自行設(shè)計，本實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生加深對進(jìn)程調(diào)度和各種調(diào)度算法的理解。 （二） 要求 1． 設(shè)計一個有幾個進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程調(diào)度程序，每個進(jìn)程由一個進(jìn)程控制塊(PCB)表示，進(jìn)程控制塊通常應(yīng)包括下述信息：進(jìn)程名，進(jìn)程優(yōu)先數(shù)，進(jìn)程需要運(yùn)行的時間，占用CPU的時間以及進(jìn)程的狀態(tài)等，且可按照調(diào)度算法的不同而增刪。 2． 調(diào)度程序應(yīng)包含2—3種不同的調(diào)度算法，運(yùn)行時可以任選一種，以利于各種方法的分析和比較。 3． 系統(tǒng)應(yīng)能顯示或打印各進(jìn)程狀態(tài)和參數(shù)的變化情況，便于觀察。 二、示例 1． 題目 本程序可選用優(yōu)先數(shù)法或簡單輪轉(zhuǎn)法對五個進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。每個進(jìn)程處于運(yùn)行R(run)、就緒W(wait)和完成F(finish)三種狀態(tài)之一，并假定起始狀態(tài)都是就緒狀態(tài)W。 為了便于處理，程序中進(jìn)程的運(yùn)行時間以時間片為單位計算。各進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)或輪轉(zhuǎn)時間片數(shù)、以及進(jìn)程需要運(yùn)行的時間片數(shù)，均由偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。 進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)如表2-1所示： 表2-1 PCB 進(jìn)程標(biāo)識符 鏈指針 優(yōu)先數(shù)/輪轉(zhuǎn)時間片數(shù) 占用CPU時間片數(shù) 進(jìn)程所需時間片數(shù) 進(jìn)程狀態(tài) 進(jìn)程控制塊鏈結(jié)構(gòu)如圖2-1所示： RUN HEAD TAIL … 圖2-1 進(jìn)程控制塊鏈結(jié)構(gòu) 其中：RUN—當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程指針； HEAD—進(jìn)程就緒鏈鏈?zhǔn)字羔槪? TAIL—進(jìn)程就緒鏈鏈尾指針。 2. 算法與框圖 程序框圖如圖2-2所示。 圖2-2 進(jìn)程調(diào)度框圖 (1)優(yōu)先數(shù)法。 進(jìn)程就緒鏈按優(yōu)先數(shù)大小從大到小排列，鏈?zhǔn)走M(jìn)程首先投入運(yùn)行。每過一個時間片，運(yùn)行進(jìn)程所需運(yùn)行的時間片數(shù)減1，說明它已運(yùn)行了一個時間片，優(yōu)先數(shù)也減3。理由是該進(jìn)程如果在一個時間片中完成不了，優(yōu)先級應(yīng)降低一級。接著比較現(xiàn)行進(jìn)程和就緒鏈鏈?zhǔn)走M(jìn)程的優(yōu)先數(shù)，如果仍是現(xiàn)行進(jìn)程高或者相同，就讓現(xiàn)行進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，否則，調(diào)度就緒鏈鏈?zhǔn)走M(jìn)程投入運(yùn)行。原運(yùn)行進(jìn)程再按其優(yōu)先數(shù)大小插入就緒鏈，且改變它們對應(yīng)的進(jìn)程狀態(tài)，直至所有進(jìn)程都運(yùn)行完各自的時間片數(shù)。 (2)簡單輪轉(zhuǎn)法。 進(jìn)程就緒鏈按各進(jìn)程進(jìn)入的先后次序排列，鏈?zhǔn)走M(jìn)程首先投入運(yùn)行。進(jìn)程每次占用處理機(jī)的輪轉(zhuǎn)時間按其重要程度登入進(jìn)程控制塊中的輪轉(zhuǎn)時間片數(shù)記錄項(xiàng)（相應(yīng)于優(yōu)先數(shù)法的優(yōu)先數(shù)記錄項(xiàng)位置）。每過一個時間片，運(yùn)行進(jìn)程占用處理機(jī)的時間片數(shù)加1，然后比較占用處理機(jī)的時間片數(shù)是否與該進(jìn)程的輪轉(zhuǎn)時間片數(shù)相等，若相等說明已到達(dá)輪轉(zhuǎn)時間，應(yīng)將現(xiàn)運(yùn)行進(jìn)程排到就緒鏈末尾，調(diào)度鏈?zhǔn)走M(jìn)程占用處理機(jī)，且改變它們的進(jìn)程狀態(tài)，直至所有進(jìn)程完成各自的時間片。 三、代碼： #include #include #define furthest 5 struct process /*PCB STRUCTURE*/ { int id; int priority; int cputime; int alltime; char state; int next; }prochain[furthest - 1]; int procnum; int rand(); int algo; int run, head, tail, j; void print(); void insert(int q); void insert2(); void timesch(); void init(); void prisch(); int main() /*MAIN PROGRAM*/ { agan: printf("type the algorithm is (1:RR,2:PRIO):"); scanf("%d", &algo); if (algo == 2) { printf("output of priority.\n"); init(); prisch(); } else { if (algo == 1) { printf("output of round robin.\n"); init(); timesch(); } else { printf("try again,please\n"); goto agan; } } for (j = 1; j <= 40; j++) { printf("="); } printf("\n\n"); for (j = 1; j <= 40; j++) { printf("="); } printf("\n\n"); printf("system finished\n"); getchar(); } void print() /*PRINT THE RUNNING PROCESS,WAITING QUEUE AND PCB SEQUENCE LIST*/ { int k, p; for (k = 1; k <= 40; k++) printf("="); printf("\nrunning proc. "); printf("waiting queue."); printf("\n %d ", prochain[run].id); p = head; while (p != 0) { printf("%5d", p); p = prochain[p].next; } printf("\n"); for (k = 1; k <= 40; k++) printf("="); printf("\n"); printf(" id "); for (k = 1; k #include #include using namespace std; struct pageTable//定義頁表 { int address;//地址 int page;//頁號 int block;//塊號 struct pageTable *next; }; typedef struct pageTable PAGETABLE; PAGETABLE *pt; const int first_memory = 1000;//內(nèi)存首地址 int work[320];//作業(yè) int index, offset;//index是作業(yè)的頁號，offset為頁內(nèi)偏移地址 PAGETABLE*oldPtr;//minPtr指向駐留時間最久的頁 int count1;//記數(shù)器，用于記錄發(fā)生的缺頁數(shù) bool is_LRU = false;//是否是LRU算法 void init(); void insertPage(); void pushback_Page(PAGETABLE *, PAGETABLE *); void print(PAGETABLE *); void run(int); void find_FIFO(); void find_LRU(); void main(void) { int i = 0; while (1) { cout << "\nPlease select a number(1,2,0)" << endl; cout << " 1--先進(jìn)先出算法（FIFO）" << endl; cout << " 2--最久未使用算法（LRU）" << endl; cout << " 0--程序結(jié)束" << endl; cin >> i; if (i == 1) { cout << "\nThis is a example for FIFO:" << endl; is_LRU = false; init();//構(gòu)造頁表和內(nèi)存 } else if (i == 2) { cout << "\nThis is a example for LRU:" << endl; is_LRU = true; init();//構(gòu)造頁表和內(nèi)存 } else if (i == 0) { exit(1); } } } void init() { double rate; int count = 0;//記數(shù)器初值為0 srand(time(NULL)); pt = new PAGETABLE; pt->next = NULL; for (int i = 0; i<4; i++) { insertPage(); } oldPtr = pt->next;//初始化最久的頁面 cout << "頁表初始狀態(tài)為：" << endl; print(pt); for (int k = 0; k<320; k++)//初始化作業(yè) { work[k] = k; } for (int f = 0; f<53; f++)//作業(yè)運(yùn)行 { int m, m1, m2; m = rand() % 320; if (m == 319) m = 318; run(m); print(pt); run(m + 1); print(pt); if (m == 0) m1 = 0; else m1 = rand() % m; run(m1); print(pt); run(m1 + 1); print(pt); m2 = rand() % (320 - m) + m - 1; if (m2<0) m2 = 318; if (m2 == 319) m2 = 318; run(m2); print(pt); run(m2 + 1); print(pt); } rate = (double)count / 318 * 100; cout << "\n\n 缺頁率為：" << rate << "%" << endl; } /* 構(gòu)建頁表*/ void insertPage() { PAGETABLE *newPage; static int id = 99; static int blockId = -1; id++; blockId++; if (blockId == 4) blockId = 0; newPage = (PAGETABLE *)malloc(sizeof(PAGETABLE)); if (newPage != NULL) { newPage->address = id; newPage->page = -1; newPage->block = blockId; newPage->next = NULL; pushback_Page(pt, newPage); } else cout << "沒有內(nèi)存足夠的空間為頁表分配！" << endl; } void pushback_Page(PAGETABLE *queue, PAGETABLE *item) { PAGETABLE *previous, *current; previous = queue; current = queue->next; while (current != NULL) { previous = current; current = current->next; } previous->next = item; } void print(PAGETABLE *ptr) { PAGETABLE *temp; temp = ptr->next; cout << " 頁號 " << " 塊號 " << endl; while (temp != NULL) { cout << " " << temp->page << " " << temp->block << endl; temp = temp->next; } } void run(int num) { int universal; PAGETABLE *previous, *current; index = work[num] / 10;//程序所在的頁號 offset = work[num] % 10;//頁內(nèi)的位移量 previous = pt; current = previous->next; while (current != NULL && current->page != index) { previous = current; current = current->next; } if (current == NULL) { cout << "\n作業(yè)" << num << "沒有在內(nèi)存，發(fā)生缺頁中斷" << endl; count1++; if (is_LRU == false)//FIFO算法 { find_FIFO(); } else//LRU算法 { find_LRU(); } } else { if (is_LRU == false)//FIFO算法 { universal = first_memory + (current->block) * 10 + offset; cout << "\n作業(yè)" << num << "所在內(nèi)存的物理地址為 " << universal << endl; } else { if (current->next == NULL) { universal = first_memory + (current->block) * 10 + offset; cout << "\n作業(yè)" << num << "所在內(nèi)存的物理地址為 " << universal << endl; } else { PAGETABLE *temp, *ptr; temp = current; previous->next = current->next; ptr = pt->next; while (ptr->next != NULL) { ptr = ptr->next; } ptr->next = temp; temp->next = NULL; universal = first_memory + (temp->block) * 10 + offset; cout << "\n作業(yè)" << num << "所在內(nèi)存的物理地址為 " << universal << endl; } } } } void find_FIFO()//先進(jìn)先出頁面置換算法 { PAGETABLE *pos; int universal; pos = pt->next; if (oldPtr == NULL) { oldPtr = pt->next; } while (pos != NULL && pos->page != -1) { pos = pos->next; } if (pos == NULL)//出現(xiàn)缺頁中斷 { cout << "******頁面開始置換******" << endl; oldPtr->page = index; universal = first_memory + (oldPtr->block) * 10 + offset; cout << "置換后作業(yè)在內(nèi)存的物理地址為 " << universal << endl; oldPtr = oldPtr->next; } else//頁面還未裝完 { pos->page = index; universal = first_memory + (pos->block) * 10 + offset; cout << "作業(yè)在內(nèi)存的物理地址為 " << universal << endl; } } void find_LRU()//最久置換算法 { PAGETABLE *pos; int universal; pos = pt->next; while (pos != NULL && pos->page != -1) { pos = pos->next; } if (pos == NULL)//出現(xiàn)缺頁中斷 { cout << "******頁面開始置換******" << endl; PAGETABLE *temp; temp = pt->next; temp->page = index; universal = first_memory + (temp->block) * 10 + offset; cout << "置換后作業(yè)在內(nèi)存的物理地址為 " << universal << endl; } else//頁面還未裝完 { pos->page = index; universal = first_memory + (pos->block) * 10 + offset; cout << "作業(yè)在內(nèi)存的物理地址為 " << universal << endl; } } 四、結(jié)果: 五、心得 本次試驗(yàn)的目的是通過請求頁式存儲管理中頁面置換算法的模擬設(shè)計，來了解虛擬存儲技術(shù)的特點(diǎn)，掌握請求頁式存儲管理的頁面置換算法。試驗(yàn)中主要使用了FIFO算法，即總是先淘汰最先進(jìn)入內(nèi)存的頁面（駐留最久的頁面），實(shí)現(xiàn)時只需要把一個進(jìn)程也調(diào)入內(nèi)存的頁面按先后次序鏈接成一個隊(duì)列，并設(shè)置一個指針，總是指向最老的頁面。 FIFO的主要的缺點(diǎn)是沒有考慮到有的頁面會經(jīng)常被訪問，因此并沒有辦法保證這種頁面能夠保留在內(nèi)存中，可能使得利用率較低。 通過本次試驗(yàn)加深了對相應(yīng)算法的理解，鞏固了相關(guān)的知識和使用的方法。