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1、操作系统课程设计B实验指导书实验一 单处理器系统的进程调度实验名称：单处理器系统的进程调度 实验类型: 验证性实验学时：4适用对象: 信息管理与信息系统一、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。二、实验要求1设计一个按时间片轮转法实现处理器调度的程序，每个程序由一个PCB表示。2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。三、实验原理(1) 假定系统有五个进程，每一个进程用一个进程控制
2、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“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
3、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 K2 K1Q1 K2Q2 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
4、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。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
5、”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。四、实验所需仪器、设备、材料（试剂）不限制编程语言及环境，建议采用C+。五、实验预习要求、实验条件、方法及步骤 1理解本实验中调度算法的说明。2根据调度算法的说明，画出相应的程序流程图。3按照程序流程图，编程并实现。六、思考题 1逻辑时间片该如何实现？2如果不使用指针操作，是否也可以使用数组实现进程就绪队列的组织？实验二 银行家算法实验名称：银行家算
6、法 实验类型: 验证性实验学时：4适用对象: 信息管理与信息系统一、实验目的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。二、实验要求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编制程序，依据银行家算法，决定其申请是否得到满足。三、实验原理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
7、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-REQUESTALLOCATION=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=AVAILA
8、BLE；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。四、实验所需仪器、设备、材料（试剂）不限制编程语言及环境，建议采用C+。五、实验预习要求、实验条件、方法及步骤 1理解本实验中关于银行家算法的说明。2根据银行家算法的说明，画出相应的程序流程图。3按照程序流程图，编程并实现。六、思考题 1
9、安全序列是否唯一？为什么？实验三 主存储器空间的分配和回收实验名称：主存储器空间的分配和回收 实验类型: 验证性实验学时：4适用对象: 信息管理与信息系统一、实验目的一个好的计算机系统不仅要有一个足够容量的、存取速度高的、稳定可靠的主存储器，而且要能合理地分配和使用这些存储空间。当用户提出申请存储器空间时，存储管理必须根据申请者的要求，按一定的策略分析主存空间的使用情况，找出足够的空闲区域分配给申请者。当作业撤离或主动归还主存资源时，则存储管理要收回作业占用的主存空间或归还部分主存空间。主存的分配和回收的实现虽与主存储器的管理方式有关的，通过本实验帮助学生理解在不同的存储管理方式下应怎样实现主
10、存空间的分配和回收。二、实验要求1在可变分区管理方式下采用最先适应算法实现主存分配和实现主存回收。2打印空闲区说明表的初始状态，作业4的申请量以及为作业4分配后的空闲区说明表状态；再依次打印作业3和作业2的归还量以及回收作业3，作业2所占主存后的空闲区说明表。三、实验原理1. 可变分区方式是按作业需要的主存空间大小来分割分区的。当要装入一个作业时，根据作业需要的主存量查看是否有足够的空闲空间，若有，则按需要量分割一个分区分配给该作业；若无，则作业不能装入。随着作业的装入、撤离，主存空间被分成许多个分区，有的分区被作业占用，而有的分区是空闲的。例如：05k10k14k26k32k128k操作系统
11、作业1作业3空闲区作业2空闲区为了说明哪些区是空闲的，可以用来装入新作业，必须要有一张空闲区说明表，格式如下：起 址长 度状 态第一栏14 K12 K未 分 配第二栏32 K96 K未 分 配MM空 表 目空 表 目MM其中，起址指出一个空闲区的主存起始地址。 长度指出从起始地址开始的一个连续空闲的长度。 状态有两种状态，一种是“未分配”状态，指出对应的由起址指出的某个长度的区域是空闲区；另一种是“空表目”状态，表示表中对应的登记项目是空白（无效），可用来登记新的空闲区（例如，作业撤离后，它所占的区域就成了空闲区，应找一个“空表目”栏登记归还区的起址和长度且修改状态）。由于分区的个数不定，所以
12、空闲区说明表中应有适量的状态为“空表目”的登记栏目，否则造成表格“溢出”无法登记。上述的这张说明表的登记情况是按提示（1）中的例所装入的三个作业占用的主存区域后填写的。2. 当有一个新作业要求装入主存时，必须查空闲区说明表，从中找出一个足够大的空闲区。有时找到的空闲区可能大于作业需要量，这时应把原来的空闲区变成两部分：一部分分给作业占用；另一部分又成为一个较小的空闲区。为了尽量减少由于分割造成的空闲区，而尽量保存高地址部分有较大的连续空闲区域，以利于大型作业的装入。为此，在空闲区说明表中，把每个空闲区按其地址顺序登记，即每个后继的空闲区其起始地址总是比前者大。为了方便查找还可使表格“紧缩”，总
13、是让“空表目”栏集中在表格的后部。3. 采用最先适应算法（顺序分配算法）分配主存空间。按照作业的需要量，查空闲区说明表，顺序查看登记栏，找到第一个能满足要求的空闲区。当空闲区大于需要量时，一部分用来装入作业，另一部分仍为空闲区登记在空闲区说明表中。由于本实验是模拟主存的分配，所以把主存区分配给作业后并不实际启动装入程序装入作业，而用输出“分配情况”来代替。最先适应分配算法如图1。4. 当一个作业执行结束撤离时，作业所占的区域应该归还，归还的区域如果与其它空闲区相邻，则应合成一个较大的空闲区，登记在空闲区说明表中。例如，在提示（1）中列举的情况下，如果作业2撤离，归还所占主存区域时，应与上、下相
14、邻的空闲区一起合成一个大的空闲区登记在空闲区说明表中。归还主存时的回收算法如图2。5. 请按最先适应算法设计主存分配和回收的程序。然后按（1）中假设主存中已装入三个作业，且形成两个空闲区，确定空闲区说明表的初值。现有一个需要主存量为6K的作业4申请装入主存；然后作业3撤离；再作业2撤离。请你为它们进行主存分配和回收，把空闲区说明表的初值以及每次分配或回收后的变化显示出来或打印出来。图1 最先适应分配模拟算法图2 主存回收算法四、实验所需仪器、设备、材料（试剂）不限制编程语言及环境，建议采用C+。五、实验预习要求、实验条件、方法及步骤 1理解本实验的说明。2画出相应的程序流程图。3按照程序流程图，编程并实现。六、思考题 1可变分区管理方式与分页管理方式有何区别？
