计算机操作系统课程设计

计算机操作系统课程设计文志强计算机与通信学院课程设计内容任务1进程管理演示任务2存储管理系统设计任务3编程序模拟银行家算法任务4磁盘调度算法的实现与分析任务5文件系统演示任务1进程管理演示课程设计内容设计一个允许n个进程并发运行的进程管理模拟系统。运行队列PCBi∧就绪队列PCBjPCBj＋1PCBj＋1∧阻塞队列PCBkPCBk＋1PCBk＋1∧接收进程就绪队列1就绪队列2...就绪队列n超时事件1发生事件2发生等待事件1等事件2...处理机终止进程事件m发生等事件m现代操作系统中进程状态表示方法:①PCB进程控制块②其中包括参数①进程名name；②要求运行时间runtime；③优先级prior；④状态state；⑤已运行时间runedtime等。③为简单起见，只设运行队列，就绪链表，阻塞队列三种数据结构，进程的调度在这两个队列中切换，④每个进程运行时间随机产生，为1~20之间的整数。⑤时间片的大小由实验者自己定义，可为3或5，优先级也可以随机产生。⑥各进程之间有一定的同步关系（可选），注意进程状态转换的时机。任务2存储管理系统设计实验内容：采用一些常用的存储器分配算法，设计一个请求页式存储管理模拟系统并调试运行。（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（可选，也可随机产生）：①50%的指令是顺序执行的；②25%的指令是均匀分布在前地址部分；③25%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）将指令序列变成为页地址流设：①页面大小为1k；②用户内存容量分别为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（对应许存地址为[10，19]）；…….第310条-第319条指令为第31页（对应许存地址为[310，319]）；按以上方式，用户指令可组成32页。（3）计算并输出下述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）；页面失效次数命中率=1-————————页地址流长度在本次实验中，页地址长度为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法，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]=rand()%320；a[1]=rand()%a[0]；S=a[1]+rand()%(a[0]-a[1])……语句可用来产生a[0]与a[1]中的随机数。整个算法的思想见下页ipnpfn3131-13030-100-111-122-133-144-166-177-155-12929-12828-12727-1………pnpfnnext^0123页表结构空闲物理页框初始状态freefp_headpn表示页号；pfn表示有效位，当页帧不在内存时为－1，否则为指向其内存地址。66-1ipnpfn3131-13030-100-111-122-133-144-166077-155-12929-12828-12727-1………pnpfnnext^0123页表结构空闲物理页框第一次分配freefp_head6^Busypf_headBusypf_tail2727-1ipnpfn3131-13030-100-111-122-133-144-166077-155-12929-12828-127271………pnpfnnext^0271^23页表结构空闲物理页框第二次分配freefp_head6Busypf_headBusypf_tail2828-1ipnpfn3131-13030-100-111-122-133-144-166077-155-12929-12828227271………pnpfnnext^0271282^3页表结构空闲物理页框第三次分配freefp_head6Busypf_headBusypf_tail3030-1ipnpfn3131-13030300-111-122-133-144-166077-155-12929-12828227271………pnpfnnext^0271282303^页表结构空闲物理页框第四次分配freefp_head6Busypf_headBusypf_tail第五次分配22-1ipnpfn3131-13030300-111-122-133-144-166-177-155-12929-12828227271………pnpfnnext^0271282303^页表结构空闲物理页框第五次,淘汰一页freefp_head6^Busypf_headBusypf_tail22-1ipnpfn3131-13030300-111-122033-144-166-177-155-12929-12828227271………pnpfnnext^0271282303页表结构空闲物理页框第五次,分配一页freefp_head2^Busypf_headBusypf_tail扩展的银行家算法描述n为系统中的进程个数。mAvailable(1:m):现有资源向量。Available(j)=k表示有k个未分配的j类资源。如：Available＝(9,3,6)Max(1:n,1:m):资源最大申请量矩阵。Max(i,j)=k表示第i个进程对第j类资源的最大申请量为k.r1r2r3224413316223P1P2P3P4任务3编程序模拟银行家算法编制银行家算法程序，并检测所给状态的系统安全性。Allocation(1:n,1:m):资源分配矩阵。Allocation(i,j)=k表示进程i已占有k个j类资源。Need(1:n,1:m):进程以后还需要的资源矩阵。Need(i,j)=k表示第i个进程以后还需要k个第j类资源。显然Need=Max-AllocationRequest(1:n,1:m):进程申请资源矩阵。Request(i,j)=k表示进程i申请k个第j类资源。r1r2r3200112115001P1P2P3P4r1r2r3024301201222P1P2P3P4资源分配程序的工作过程描述：基本思想：当进程提出资源申请时，系统首先检查该进程对资源的申请量是否超过其最大需求量，以及系统现有资源能否满足进程需要。若能，则进一步检查：若把资源分给该进程，系统能否处于安全状态？若安全则分配，否则置该进程为等待资源状态。为简单起见，记Ai为A(i,1),A(i,2),…,A(i,m)，其中A为n×m矩阵。定义长度为m的向量X，Y间的关系为：X≤Y当且仅当X(i)≤Y(i)(i=1,2,…,m)1.如果RequestiNeedi2.如果RequestiAvailable,则进程i进入等待资源状态，返回。3.假设进程i的申请已获准，于是修改系统状态：Available=Available-RequestiAllocationi=Allocationi+RequestiNeedi=Needi-Requesti4.设进程i申请资源，申请资源向量为Requesti，则有如下的资源分配过程：（续）5.若系统处于安全状态，则将进程i申请的资源分配给进程i6.若系统处于不安全状态，则进程i进入等Available=Available+RequestiAllocationi=Allocationi-RequestiNeedi=Needi+Requesti安全状态检查算法：设Work(1:m)为临时工作向量。初始时Work=Available.令N={1,2,…,n}1.寻找j∈N使其满足Needj≤Work,若不存在这样的j则转(3);2.Work=Work+AllocationjN=N-{j},转(1);3.如果N为空则返回系统安全；如果N不为空则返回系统不安全。算法时间复杂度为O(m×n2)，如果每类资源只有一个，则时间复杂度为O(n2)假定系统中有四个进程P1、P2、P3、P4，三种类型的资源R1、R2、R3，数量分别为9、3、6，在T0时刻的资源分配情况如下表所示。举例：资源进程maxAllocationNeedAvailableR1R2R3R1R2R3R1R2R3R1R2R3P1322100222112P2613511102P3314211103P4422002420(1)T0时刻的安全性利用安全性算法对T0时刻的安全性进行分析，如下表，可知T0时刻存在一个安全序列{P2、P1、P3、P4}，所以系统是安全的。资源进程WorkNeedAllocationWork+AllocationFinishR1R2R3R1R2R3R1R2R3R1R2R3P2112102511623TrueP1623222100723TrueP3723103211934TrueP4934420002936True(2)P2请求资源P2发出请求向量Request2(1,0,1),系统按银行家算法进行检查：1)Request2(1,0,1)=Need2(1,0,2)2)Request2(1,0,1)=Available(1,1,2)3)系统先假定可为P2分配资源，并修改Available、Allocation2、Need2向量，资源变化情况如下表。资源进程maxAllocationNeedAvailableR1R2R3R1R2R3R1R2R3R1R2R3P1322100222011P2613612001P3314211103P44220024204)再利用安全性算法检查此时系统是否安全，如下表。可知存在一个安全序列{P2、P1、P3、P4}，所以系统是安全的，可以立即将P2所申请的资源分配给它。资源进程WorkNeedAllocationWork+AllocationFinishR1R2R3R1R2R3R1R2R3R1R2R3P2011001612623TrueP1623222100723TrueP3723103211934TrueP4934420002936True(3)P1请求资源P1发出请求向量Request1(1,0,1),系统按银行家算法进行检查：1)Request1(1,0,1)=Need1(2,2,2)2)Request1(1,0,1)≮Available(0,1,1)，让P1等待(4)P3请求资源P3发出请求向量Request3(0,0,1),系统按银行家算法进行检查：1)Request3(0,0,1)=Need3(1,0,3)2)Request3(0,0,1)=Available(0,1,1)3)系统先假定可为P3分配资源，并修改Available、Allocation3、Need3向量，资源变化情况如表5。表5P3申请资源后的资源分配表资源进程maxAllocationNeedAvailableR1R2R3R1R2R3R1R2R3R1R2R3P1322100222010P2613612001P3314212102P44220024204)再利用安全性算法检查此时系统是否安全，从上表可看出，可用资源Available(0,1,0)已不能满足任何进程的需要，故系统进入不安全状态，此时系统不分配资源给P3。任务4磁盘调度算法的实现与分析编程序实现下述磁盘调度算法，并求出每种算法的平均移动磁道数，并分析结果：①先来先服务算法（FCFS）②最短寻道时间优先算法（SSTF）③扫描算法（SCAN）④循环扫描算法（C-SCAN）磁盘调度策略1、先来先服务FCFS(FirstComeFirstServer)：这是最