操作系统课程设计题目及代码

题目一模拟操作系统设计设计一个模拟操作系统管理程序，实现下列管理功能：1．内存管理功能2．文件管理功能3．磁盘管理功能题目二虚拟存储器各页面置换算法的实现与比较内容：设计一个虚拟存储区和内存工作区，通过产生一个随机数的方法得到一个页面序列，假设内存给定的页面数由键盘输入，分别计算使用下述各方法时的内存命中率：先进先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LRU）、最佳淘汰算法（OPT）、最少访问页面算法（LFU）等。参考资料题目二资料虚拟存储器各页面置换算法的实现与比较1．实验目的存储管理的主要功能之一是合理的分配空间。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模拟设计，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。2．实验内容（1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。指令的地址按下述原则生成：1）50%的指令是顺序执行的；2）25%的指令是均匀分布在前地址部分；3）25%的指令是均匀分布在后地址部分；具体的实施方法是：1）在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点m；2）顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；3）在前地址[0，m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m'；4）顺序执行一条指令，其地址为m'+1；5）在后地址[m'+2,319]中随机选取一条指令并执行；6）重复上述步骤1）-5），直到执行320次指令。（2）将指令序列变换成为页地址流设：1）页面大小为1k；2）用户内存容量为4页到32页；3）用户虚存容量为32k；在用户虚存中，按每k存放10条指令排列虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：第0条-第9条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]）；第10条-第19条指令为第1页（对应虚存地址为[10，19]）；...第310条-第319条指令为第31页（对应虚存地址为[310，319]）；按以上方式，用户指令可组成为32页。（3）计算并输出下列各种算法在不同内存容量下的命中率。1）先进先出的算法（FIFO）；2）最近最少使用算法（LRR）;3）最佳淘汰算法(OPT)：先淘汰最不常用的页地址；4）最少访问页面算法（LF.U）；5）最近最不经常使用算法（NUR）。其中３）和４）为选择内容。命中率＝１－页面失效次数／页地址流长度在本实验中，页地址流长度为３２０，页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数。３．随机数产生办法关于随机数产生办法，Linux或Unix系统提供函数srand()和rand()，分别进行初始化和产生随机数。例如：srand()；语句可初始化一个随机数；a[0]=10*rand()/32767*319+1;a[1]=10*rand()/32767*a[0]；..语句可用来产生a[0]与a[1]中的随机数。提示：首先用Srand()和rand()函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。命中率=1-页面失效次数/页地址流长度1、数据结构（1）页面类型typedefstruct{intpn,pfn,counter,time;}pl-type;其中pn为页号，pfn为页面号，count为一个周期内访问该页面的次数，time为访问时间。（2）页面控制结构pfc_struct{intpn,pfn;structpfc_struct*next;};typedefstructpfc_structpfc_type;pfc_typepfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head;pfc_type*busypf_tail;其中，pfc[total_vp]定义用户进程虚页控制结构，*freepf_head为空页面头的指针，*busypf_head为忙页面头的指针，*busyf_tail为忙页面尾的指针。2、函数定义（1）Voidinitialize()：初始化函数，给每个相关的页面赋值。（2）VoidFIFO()：计算使用FIFO算法时的命中率。（2）VoidLRU（）：计算使用FIFO算法时的命中率。（4）VoidOPT（）：计算使用OPT算法时的命中率。（5）VoidLFU（）：计算使用LFU算法时的命中率。（6）VoidNUR（）：计算使用NUR算法时的命中率。3、变量定义(1)inta[tatal_instruction]：指令流数据组。(2)intpage[total_instruction]：每条指令所属页号。(3)intoffset[total_instruction]：每页装入不敷出0条指令后取模运算页号偏移量。(4)inttotal_pf：用户进程的内存页面数。(5)intdiseffect：页面失效次数。程序清单程序:程序:#includestdio.h#includeprocess.h#includestdlib.h#defineTRUE1#defineFALSE0#defineINVALID-1#definenull0#definetotal_instruction320/*指令流长*/#definetotal_vp32/*虚页长*/#defineclear_period50/*清0周期*/typedefstruct{intpn,pfn,counter,time;}pl_type;pl_typepl[total_vp];/*页面数据结构*/structpfc_struct{/*页面控制结构*/intpn,pfn;structpfc_struct*next;};typedefstructpfc_structpfc_type;pfc_typepfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;intdiseffect,a[total_instruction];intpage[total_instruction],offset[total_instruction];voidinitialize();voidFIFO();voidLRU();voidOPT();voidLFU();voidNUR();main(){intS,i,j;srand(getpid()*10);/*由于每次运行时进程号不同，故可用来作为初始化随机数队列的种子*/S=(float)319*rand()/32767+1;for(i=0;itotal_instruction;i+=4)/*产生指令队列*/{a[i]=S;/*任选一指令访问点*/a[i+1]=a[i]+1;/*顺序执行一条指令*/a[i+2]=(float)a[i]*rand()/32767；/*执行前地址指令*/a[i+3]=a[i+2]+1;/*执行后地址指令*/}for(i=0;itotal_instruction;i++)/*将指令序列变换为页地址流*/{page[i]=a[i]/10;offset[i]=a[i]%10;}for(i=4;i=32;i++)/*用户内存工作区从4个页面到32个页面*/{printf(%2dpageframes,i);FIFO(i);LRU(i);OPT(i);LFU(i);NUR(i);printf(\n);getchar();}}voidFIFO(total_pf)/*FIFO*/inttotal_pf;/*用户进程的内存页面数*/{inti,j;pfc_type*p,*t;initialize(total_pf);/*初始化相关页面控制用数据结构*/busypf_head=busypf_tail=null;/*忙页面队列头，队列尾链接*/for(i=0;itotal_instruction;i++){if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页面失效*/{diseffect+=1;/*失效次数*/if(freepf_head==null)/*无空闲页面*/{p=busypf_head-next;pl[busypf_head-pn].pfn=INVALID;freepf_head=busypf_head;/*释放忙页面队列中的第一个页面*/freepf_head-next=null;busypf_head=p;}p=freepf_head-next;/*按FIFO方式调新页面入内存页面*/freepf_head-next=null;freepf_head-pn=page[i];pl[page[i]].pfn=freepf_head-pfn;if(busypf_tail==null)busypf_head=busypf_tail=freepf_head;else{busypf_tail-next=freepf_head;busypf_tail=freepf_head;}freepf_head=p;}}printf(FIFO:%6.4,1-(float)diseffect/320);}voidLRU(total_pf)/*LRU*/inttotal_pf;{intmin,minj,i,j,present_time;initialize(total_pf);present_time=0;for(i=0;itotal_instruction;i++){if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页面失效*/{diseffect++;if(freepf_head==null)/*无空闲页面*/{min=32767;for(j=0;jtotal_vp;j++)if(minpl[j].time&&pl[j].pfn!=INVALID){min=pl[j].time;minj=j;}freepf_head=&pfc[pl[minj].pfn];pl[minj].pfn=INVALID;pl[minj].time=-1;freepf_head-next=null;}pl[page[i]].pfn=freepf_head-pfn;pl[page[i]].time=present_time;freepf_head=freepf_head-next;}elsepl[page[i]].time=present_time;present_time++;}printf(LRU:%6.4f,1-(float)diseffect/320);}voidNUR(total_pf)/*NUR*/inttotal_pf;{inti,j,dp,cont_flag,old_dp;pfc_type*t;initialize(total_pf);dp=0;for(i=0;itotal_instruction;i++);{if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页面失效*/{diseffect++;if(freepf_head==null)/*无空闲页面*/{cont_flag=TRUE;old_dp=dp;while(cont_flag)if(pl[dp].counter==0&&pl[dp].pfn!=INVALID)cont_flag=FALSE;else{dp++;if(dp==total_vp)dp=0;if(dp==old_dp)for(j=0;jtotal_vp;j++)pl[j].counter=0;}freepf_head=&pfc[pl[dp].pfn];pl[dp].pfn=INVALID;freepf_head-next=null;}pl[page[i]].pfn=freepf_head-pfn;freepf_head=freepf_head-next;}elsepl[page[i]].counter=1;if(i%clear_period==0)for(j=0;jtotal_vp;j++)pl[j].counter=0;}printf(NUR:%6.4f,1-(float)diseffec