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1、操作系统原理综合实验实验指导书华北电力大学计算机学院操作系统课程组2006-6-20一、单处理器系统的进程调度1实验目的在采用多道程序设计的系统中，往往有若干个进程同时处于就绪状态。当就绪进程个数大于处理器数时，就必须依照某种策略来决定哪些进程优先占用处理器。本实验模拟在单处理器情况下的处理器调度，帮助学生加深了解处理器调度的工作。2实验内容与要求（1）设计多个进程并发执行的模拟调度程序，每个程序由一个PCB表示。（2）模拟调度程序可任选两种调度算法之一实现。（3）程序执行中应能在屏幕上显示出各进程的状态变化，以便于观察调度的整个过程。3实验说明本实验有两个题，学生可选择其中的一题做实验。第一
2、题：设计一个按优先数调度算法实现处理器调度的程序。(1) 假定系统有五个进程，每一个进程用一个进程控制块PCB来代表，进程控制块的格式为：进程名指针要求运行时间优先数状态其中，进程名作为进程的标识，假设五个进程的进程名分别为P1，P2，P3，P4，P5。指针按优先数的大小把五个进程连成队列，用指针指出下一个进程的进程控制块的首地址，最后一个进程中的指针为“0”。要求运行时间假设进程需要运行的单位时间数。优先数赋予进程的优先数，调度时总是选取优先数大的进程先执行。状态可假设有两种状态，“就绪”状态和“结束”状态。五个进程的初始状态都为“就绪”，用“R”表示，当一个进程运行结束后，它的状态为“结束
3、”，用“E”表示。(2) 在每次运行你所设计的处理器调度程序之前，为每个进程任意确定它的“优先数”和“要求运行时间”。(3) 为了调度方便，把五个进程按给定的优先数从大到小连成队列。用一单元指出队首进程，用指针指出队列的连接情况。例： 队首标志K2K1P1K2P2 K3P3 K4P4 K5P50K4K5K3K12312415342RRRRRPCB1PCB2PCB3PCB4PCB5(4) 处理器调度总是选队首进程运行。采用动态改变优先数的办法，进程每运行一次优先数就减“1”。由于本实验是模拟处理器调度，所以，对被选中的进程并不实际的启动运行，而是执行：优先数-1要求运行时间-1来模拟进程的一次运
4、行。提醒注意的是：在实际的系统中，当一个进程被选中运行时，必须恢复进程的现场，让它占有处理器运行，直到出现等待事件或运行结束。在这里省去了这些工作。(5) 进程运行一次后，若要求运行时间0，则再将它加入队列（按优先数大小插入，且置队首标志）；若要求运行时间=0，则把它的状态修改成“结束”（E），且退出队列。(6) 若“就绪”状态的进程队列不为空，则重复上面（4）和（5）的步骤，直到所有进程都成为“结束”状态。(7) 在所设计的程序中应有显示或打印语句，能显示或打印每次被选中进程的进程名以及运行一次后进程队列的变化。(8) 为五个进程任意确定一组“优先数”和“要求运行时间”，启动所设计的处理器调
5、度程序，显示或打印逐次被选中进程的进程名以及进程控制块的动态变化过程。第二题：设计一个按时间片轮转法实现处理器调度的程序。(1) 假定系统有五个进程，每一个进程用一个进程控制块PCB来代表。进程控制块的格式为：进程名指针要求运行时间已运行时间状态其中，进程名作为进程的标识，假设五个进程的进程名分别为Q1，Q2，Q3，Q4，Q5。指针进程按顺序排成循环队列，用指针指出下一个进程的进程控制块的首地址，最后一个进程的指针指出第一个进程的进程控制块首地址。要求运行时间假设进程需要运行的单位时间数。已运行时间假设进程已经运行的单位时间数，初始值为“0”。状态有两种状态，“就绪”和“结束”，初始状态都为“
6、就绪”，用“R”表示。当一个进程运行结束后，它的状态为“结束”，用“E”表示。(2) 每次运行所设计的处理器调度程序前，为每个进程任意确定它的“要求运行时间”。(3) 把五个进程按顺序排成循环队列，用指针指出队列连接情况。另用一标志单元记录轮到运行的进程。例如，当前轮到P2执行，则有：标志单元K2K1Q1K2Q2 K3Q3 K4Q4 K5Q5K2K3K4K5K12312410000RRRRRPCB1PCB2PCB3PCB4PCB5(4) 处理器调度总是选择标志单元指示的进程运行。由于本实验是模拟处理器调度的功能，所以，对被选中的进程并不实际的启动运行，而是执行：已运行时间+1来模拟进程的一次运
7、行，表示进程已经运行过一个单位的时间。请同学注意：在实际的系统中，当一个进程被选中运行时，必须置上该进程可以运行的时间片值，以及恢复进程的现场，让它占有处理器运行，直到出现等待事件或运行满一个时间片。在这时省去了这些工作，仅用“已运行时间+1”来表示进程已经运行满一个时间片。(5) 进程运行一次后，应把该进程的进程控制块中的指针值送到标志单元，以指示下一个轮到运行的进程。同时，应判断该进程的要求运行时间与已运行时间，若该进程的要求运行时间已运行时间，则表示它尚未执行结束，应待到下一轮时再运行。若该进程的要求运行时间=已运行时间，则表示它已经执行结束，应指导它的状态修改成“结束”（E）且退出队列
8、。此时，应把该进程的进程控制块中的指针值送到前面一个进程的指针位置。(6) 若“就绪”状态的进程队列不为空，则重复上面的（4）和（5）的步骤，直到所有的进程都成为“结束”状态。(7) 在所设计的程序中应有显示或打印语句，能显示或打印每次选中进程的进程名以及运行一次后进程队列的变化。(8) 为五个进程任意确定一组“要求运行时间”，启动所设计的处理器调度程序，显示或打印逐次被选中的进程名以及进程控制块的动态变化过程。4实验报告(1) 实验题目。(2) 程序中使用的数据结构及符号说明。(3) 流程图。(4) 打印一份源程序并附上注释。(5) 打印程序运行时的初值和运行结果。要求如下： 进程控制块的初
9、始状态。 选中运行的进程名以及选中进程运行后的各进程控制块状态。对于要求每选中一个进程运行后都要打印。二、批处理系统中作业调度1实验目的加深对作业调度算法的理解。2实验内容此实验模拟批处理系统中的作业调度，并采用响应比高者优先算法作为作业调度算法。3实验说明从输入井中选择作业读入内存，使其获得处理器，得到运行的机会，即为作业调度。输入井中的作业用“作业控制块”（JCB）标识，为了进行作业调度，将作业控制块组成一个队列，这个队列称为后备队列。模拟实验中没有实际作业，作业控制块中的信息内容只使用了模拟实验中需要的数据。作业控制块中包括作业名、作业大小、所需打印机台数、所需磁带机数量、作业估计执行时
10、间、作业等待时间、指向下一个作业控制块的指针等内容。将作业控制块组成一个队列，实验中采用动态链表的方式模拟作业的后备队列。作业控制块采用结构型数据模拟。模拟实验中，主存采用可移动的可变分区管理方法，即只要主存空闲区总和比作业大就可以满足作业对主存的需求。对打印机和磁带机这两种独占设备采用静态分配法，即作业执行前必须获得所需资源，并且执行完才归还。实验中作业的调度采用响应比高者优先算法。响应比为作业的等待时间和作业估计执行时间之比。首先计算出输入井中满足条件的作业的响应比，从中选择响应比最高的一个作业装入主存储器，分配资源。由于是模拟实验，可将作业控制块出队装入主存储器的工作用输出作业名模拟，同
11、时修改系统的资源数量。模拟实验时，可以首先假设系统的资源情况。假设系统资源只有主存64MB、磁带机4台、打印机2台，然后手工输入某个时刻输入井中的各个作业情况，最后进行作业调度，并将结果输出。批处理系统中的作业调度模拟程序主要由创建作业队列的程序段（在主函数中）和作业调度函数组成。4. 参考程序系统中主要数据结构和变量的意义见注释。#includestdlib.h typedefstructjcbcharname4;/*作业名*/intlength;/*作业长度，所需主存大小*/intprinter;/*作业执行所需打印机的数量*/inttape;/*作业执行所需磁带机的数量*/intrunt
12、ime;/*作业估计的执行时间*/intwaittime;/*作业在输入井中的等待时间*/structjcb*next;/*指向下一个作业控制块的指针*/JCB;/*作业控制块类型定义*/JCB*head;/*作业队列头指针定义*/inttape,printer;longmemory;三、 银行家算法1实验目的和要求银行家算法是避免死锁的一种重要方法，要求编写和调试一个简单的银行家算法程序。加深了解有关资源申请、避免死锁等概念，并体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法。2实验内容1设计进程对各类资源最大申请表示及初值确定。2设定系统提供资源初始状况。3设定每次某个进程对各类资源的申请表示。4编
13、制程序，依据银行家算法，决定其申请是否得到满足。3 实验说明1数据结构假设有M个进程N类资源，则有如下数据结构：MAXM*NM个进程对N类资源的最大需求量AVAILABLEN系统可用资源数ALLOCATIONM*NM个进程已经得到N类资源的资源量NEEDM*NM个进程还需要N类资源的资源量2银行家算法设进程I提出请求RequestN，则银行家算法按如下规则进行判断。(1)如果RequestN=NEEDI，N，则转(2)；否则，出错。(2)如果RequestN=AVAILABLE，则转(3)；否则，出错。(3)系统试探分配资源，修改相关数据：AVAILABLE=AVAILABLE-REQUEST
14、ALLOCATION=ALLOCATION+REQUESTNEED=NEED-REQUEST(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。3安全性检查(1)设置两个工作向量WORK=AVAILABLE；FINISHM=FALSE(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，FINISHi=FALSENEED=WORK如找到，执行(3)；否则，执行(4)(3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。WORK=WORK+ALLOCATIONFINISH=TRUEGOTO2(4)如所有的进程FinishM=true，则表示安全；否则系统不安全。4参考程序#includestring.h#includeiostream.h#defineM5/总进程数#define
