资源描述
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课程编号：B080000070
《操作系统》实验报告
姓名
班级
指导教师
石凯
实验名称
《操作系统》实验
开设学期
2016-2017第二学期
开设时间
第11周——第18周
报告日期
2017年7月3日
评定成绩
评定人
石凯
评定日期
2017年7月5日
东北大学软件学院
实验一 进程的同步与互斥
实验题目：
通过学习和分析基础例子程序，使用windows进程和线程编程（也可以采用Java 或Unix/Linux的POSIX线程编程）实现一个简单的生产者/消费者问题的程序。
关键代码：
import java.util.ArrayList;
public class Produce {
public Object object;
public ArrayList list;//用list存放生产之后的数据，最大容量为1
public Produce(Object object,ArrayList list ){
this.object = object;
this.list = list;
}
public void produce() {
synchronized (object) {
/*只有list为空时才会去进行生产操作*/
try {
while(!list.isEmpty()){
System.out.println("生产者"+Thread.currentThread().getName()+" waiting");
object.wait();
}
int value = 9999;
list.add(value);
System.out.println("生产者"+Thread.currentThread().getName()+" Runnable");
object.notifyAll();//然后去唤醒因object调用wait方法处于阻塞状态的线程
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
import java.util.ArrayList;
public class Consumer {
public Object object;
public ArrayList list;//用list存放生产之后的数据，最大容量为1
public Consumer(Object object,ArrayList list ){
this.object = object;
this.list = list;
}
public void consmer() {
synchronized (object) {
try {
/*只有list不为空时才会去进行消费操作*/
while(list.isEmpty()){
System.out.println("消费者"+Thread.currentThread().getName()+" waiting");
object.wait();
}
list.clear();
System.out.println("消费者"+Thread.currentThread().getName()+" Runnable");
object.notifyAll();//然后去唤醒因object调用wait方法处于阻塞状态的线程
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
实验结果：
思考题：
（1）如何控制进程间的相互通信？答：主要有：管道，信号，共享内存，消息队列
（2）什么是进程的同步？什么是进程的互斥？分别有哪些实现方式？
答：进程互斥是进程之间的间接制约关系。当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态。进程同步也是进程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。可以利用信号量来实现进程的同步与互斥。 实验二 处理机调度
实验题目：
设计一个按优先权调度算法实现处理器调度的程序
数据结构及符号说明：
typedef struct pb { //每个进程
char pname[5]; //进程的名字
char status[8]; //进程的状态
int time; //要求运行时间
int pri; //进程的优先权
int cputime; //cpu时间
struct pb *p; //队列结构，它的下一个。
}pbc, *pbcp;
流程设计：
关键代码：
void attemper(pbcp pbca) {
pbcp pItem = pbca->p;
pbcp pIterator = pbca->p;
while (pIterator!= NULL) {
if (pItem->pri <= pIterator->pri&&pIterator->time != 0) {
pItem = pIterator;
}
pIterator = pIterator->p;
}
if ((pItem->time -= 1) == 0) {
pItem->cputime += 1;
pItem->pri -= 1;
strcpy(pItem->status, "finish");
}
else {
strcpy(pItem->status, "run");
pItem->cputime += 1;
pItem->pri -= 1;
strcpy(pItem->status, "run");
}
pIterator = pbca->p;
while (pIterator != NULL) {
if (pIterator->cputime != 0&&pIterator!=pItem&&pIterator->time!=0) {
pIterator->cputime += 1;
strcpy(pIterator->status, "ready");
}
pIterator = pIterator->p;
}
printPbc(pbca);
}
运行结果：
思考题：
（1）处理机调度的目的？答：主要还是为了优化软件的运行。
（2）你实现优先权调度算法的思想？答：遍历一次，取出优先权最高的，判断该进程是否还要运行，要允许就运行它。
实验三 存储管理
实验题目：
模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。
用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断。
数据结构及符号说明：
int paper_table[7][5] //7乘5的页表
char *oper_char[12] //每次操作
int oper_table[12][2] //指令序列的单元号和操作存储
int fifo_table[4] // 先进先出表，记录那几个在内存中
int static count = 0; //记下哪个先来的
流程设计：
核心代码：
void scheduler(void)
{
int i, page, page_block, page_move;
for (i = 0; i<12; i++)
{
page = **(oper_table + i);
printf("-----------------%d--------------------\n", i);
if (*(*(paper_table + page) + 1) == 1) {//在页表中
page_block = *(*(paper_table + page) + 2);
page_move = *(*(oper_table + i) + 1);
printf("在内存中，块号：%d;偏移量：%d；物理地址：%d\n", page_block, page_move, page_block * 128 + page_move);
*(*(paper_table + count) + 4) = 1;//修改变为1
fifo_print();
}
else {
if (*(*(paper_table + fifo_table[count % 4]) + 4) == 1) {
printf("缺页中断，被替换的页号为：%d;页修改存入硬盘\n", fifo_table[count]);
*(*(paper_table + fifo_table[count % 4]) + 4) = 0;
}
else {
printf("缺页中断，被替换的页号为：%d;页被直接替换\n", fifo_table[count]);
}
*(*(paper_table + page) + 1) = 1;//移入内存，改变在内存中的标志为1
*(*(paper_table + fifo_table[count]) + 1) = 0;//改变在内存中的标志为0
*(*(paper_table + page) + 2) = *(*(paper_table + fifo_table[count]) + 2);//重置页表里的主存块号值
*(*(paper_table + fifo_table[count]) + 2) = 0;//重置页表里的主存块号值
fifo_table[count % 4] = *(*(oper_table + i) + 0);//更新fifo表
page_block = *(*(paper_table + page) + 2);
page_move = *(*(oper_table + i) + 1);
printf("换入内存成功，块号：%d;偏移量：%d;物理地址：%d;\n", page_block, page_move, page_block * 128 + page_move);
fifo_print();
count++;
count = count % 4;
}
printf("\n");
}
}
实验结果：
思考题：
（1）先进先出页面调度算法的思想？答：基本思想：先进入内存的页面先淘汰，后进入内存的后淘汰
（2）最近最少用（LRU）页面调度算法思想？答：基本思想：最近用的最少的最先淘汰。
（3）比较两种调度算法的效率（哪种调度算法使产生缺页中断的次数少）？
答：从作业题我感觉最近最少使用优于先进先出。
（4）分析在什么情况下采用哪种调度算法更有利？
答：如果页访问高度随机的话，不见得LRU好，LRU是根据最近最少使用的来决定哪个页表被替换，但过去很多时候不能代表未来。
实验四 文件系统
实验题目：
用高级语言编写和调试一个简单的文件系统，模拟文件管理的工作过程。
数据结构及符号说明：
struct TYPE_UFD //主文件目录
{
string File_Name; //文件名
bool Read; //是否可读可写可执行
bool Write;
bool Execute;
int Length_File; //文件长度
};
struct TYPE_MFD //用户文件目录
{
string User_Name; //用户名
TYPE_UFD *Pointer;
};
struct TYPE_AFD //打开文件目录，即运行文件目录
{
int File_ID; //文件ID
bool Read;
bool Write;
bool Execute;
int Pointer;
};
class TYPE_FILE_SYSTEM //文件系统类
{
public:
void Initial(void);
void Start(void);
private:
int _Number_Users; //用户数
int _Number_Files; //文件数
int _MaxNumber_Open_Files; //最大打开文件数
TYPE_MFD *_MFD;
TYPE_UFD *_UFD;
TYPE_AFD *_AFD;
};
流程设计：
关键代码：
void TYPE_FILE_SYSTEM::Start(void)
{
int User_ID;
int i, temp_int;
string temp;
char choice;
int Number_Open_Files;
string User_Name;
string Command;
TYPE_UFD *UFD;
do
{
do
{
cout << "已创建指令有：create delete open dir diropen write read logout shutdown \n\n";
cout << "请输入用户名:";
cin >> User_Name;
for (User_ID = 0; User_ID<_Number_Users; User_ID++)
{
if (_MFD[User_ID].User_Name == User_Name)
break;
}
if (User_ID == _Number_Users)
cout << "用户名错误，请再次输入 ." << endl;
} while (User_ID == _Number_Users);
cout << "欢迎登录 , " << User_Name << " !" << endl;
UFD = _MFD[User_ID].Pointer;
for (i = 0; i<_MaxNumber_Open_Files; i++)
{
_AFD[i].File_ID = -1;
}
Number_Open_Files = 0;
do
{
cout << "C:\\" << User_Name << ">";
cin >> Command;
if (Command == "dir")
{
cout << endl;
cout << "打开用户 " << User_Name << "的文件 " << endl;
cout << "\t" << "State\t" << "Length\t" << "File name" << endl;
for (i = 0; i<_Number_Files; i++)
{
if (UFD[i].Length_File != -1)
{
cout << "\t";
if (UFD[i].Read == true)
cout << "R";
else
cout << "-";
if (UFD[i].Write == true)
cout << "W";
else
cout << "-";
if (UFD[i].Execute == true)
cout << "E";
else
cout << "-";
cout << "\t";
cout << UFD[i].Length_File;
cout << "\t";
cout << UFD[i].File_Name << endl;
}
}
cout << endl;
}
else if (Command == "diropen")
{
cout << endl;
cout << "打开用户 " << User_Name << "的文件 " << endl;
cout << "\t" << "State\t" << "Open File name" << endl;
for (i = 0; i<_MaxNumber_Open_Files; i++)
{
if (_AFD[i].File_ID != -1)
{
cout << "\t";
if (_AFD[i].Read == true)
cout << "R";
else
cout << "-";
if (_AFD[i].Write == true)
cout << "W";
else
cout << "-";
if (_AFD[i].Execute == true)
cout << "E";
else
cout << "-";
cout << "\t";
cout << UFD[_AFD[i].File_ID].File_Name << endl;
}
}
cout << endl;
}
else if (Command == "create")
{
for (i = 0; i<_Number_Files; i++)
if (UFD[i].Length_File == -1)
break;
if (i == _Number_Files)
cout << "Error: 已有名为 " << _Number_Files << " 的文件." << endl;
else
{
cout << "请输入新文件信息:" << endl;
cout << "文件名 : ";
cin >> temp;
UFD[i].File_Name = temp;
cout << "文件权限 : ";
cout << "Read (y/n):";
do
{
choice = getch();
} while (choice != y && choice != n);
if (choice == y)
UFD[i].Read = true;
else
UFD[i].Read = false;
cout << endl;
cout << "Write (y/n):";
do
{
choice = getch();
} while (choice != y && choice != n);
if (choice == y)
UFD[i].Write = true;
else
UFD[i].Write = false;
cout << endl;
cout << "Execute (y/n):";
do
{
choice = getch();
} while (choice != y && choice != n);
if (choice == y)
UFD[i].Execute = true;
else
UFD[i].Execute = false;
cout << endl;
cout << "Length :";
cin >> temp_int;
if (temp_int > 0)
UFD[i].Length_File = temp_int;
cout << "新文件 " << UFD[i].File_Name << " 已建立!" << endl;
}
}
else if (Command == "delete")
{
cout << "请输入文件名 :";
cin >> temp;
for (i = 0; i<_Number_Files; i++)
if ((UFD[i].Length_File != -1) && (UFD[i].File_Name == temp))
break;
if (i == _Number_Files)
cout << "文件名错误，请再次输入 ." << endl;
else
{
UFD[i].Length_File = -1;
cout << "文件 " << UFD[i].File_Name << " 已删除 ." << endl;
}
}
else if (Command == "open")
{
if (Number_Open_Files == _MaxNumber_Open_Files)
cout << "Error: 你已经打开了 " << Number_Open_Files << " 文件." << endl;
else
{
cout << "请输入文件名:";
cin >> temp;
for (i = 0; i<_Number_Files; i++)
if ((UFD[i].Length_File != -1) && (UFD[i].File_Name == temp))
break;
if (i == _Number_Files)
cout << "文件名错误，请再次输入 ." << endl;
else
{
Number_Open_Files++;
for (temp_int = 0; temp_int<_MaxNumber_Open_Files; temp_int++)
if (_AFD[temp_int].File_ID == -1)
break;
_AFD[temp_int].File_ID = i;
_AFD[temp_int].Pointer = 0;
cout << "请定义打开方式 :" << endl;
if (UFD[i].Read == true)
{
cout << "Read (y/n):";
do
{
choice = getch();
} while (choice != y && choice != n);
if (choice == y)
_AFD[temp_int].Read = true;
else
_AFD[temp_int].Read = false;
cout << endl;
}
else
_AFD[temp_int].Read = false;
if (UFD[i].Write == true)
{
cout << "Write (y/n):";
do
{
choice = getch();
} while (choice != y && choice != n);
if (choice == y)
_AFD[temp_int].Write = true;
else
_AFD[temp_int].Write = false;
cout << endl;
}
else
_AFD[temp_int].Write = false;
if (UFD[i].Execute == true)
{
cout << "Execute (y/n):";
do
{
choice = getch();
} while (choice != y && choice != n);
if (choice == y)
_AFD[temp_int].Execute = true;
else
_AFD[temp_int].Execute = false;
cout << endl;
}
else
_AFD[temp_int].Execute;
cout << "文件 " << temp << " 已打开 ." << endl;
}
}
}
else if (Command == "logout")
{
cout << "再见 , " << User_Name << " !" << endl;
break;
}
else if (Command == "close")
{
cout << "请输入文件名 :";
cin >> temp;
for (i = 0; i<_Number_Files; i++)
if ((UFD[i].Length_File != -1) && (UFD[i].File_Name == temp))
break;
if (i == _Number_Files)
cout << "文件名错误，请再次输入 ." << endl;
else
{
for (temp_int = 0; temp_int<_MaxNumber_Open_Files; temp_int++)
if (_AFD[temp_int].File_ID == i)
break;
if (temp_int == _MaxNumber_Open_Files)
cout << "文件 " << temp << " 未打开 ." << endl;
else
{
_AFD[temp_int].File_ID = -1;
Number_Open_Files--;
cout << "文件 " << temp << " 已关闭 ." << endl;
}
}
}
else if (Command == "read")
{
cout << "请输入文件名 :";
cin >> temp;
for (i = 0; i<_Number_Files; i++)
if ((UFD[i].Length_File != -1) && (UFD[i].File_Name == temp))
break;
if (i == _Number_Files)
cout << "文件名错误，请再次输入 ." << endl;
else
{
for (temp_int = 0; temp_int<_MaxNumber_Open_Files; temp_int++)
if (_AFD[temp_int].File_ID == i)
break;
if (temp_int == _MaxNumber_Open_Files)
cout << "文件 " << temp << " 未打开 ." << endl;
else
{
if (_AFD[temp_int].Read == true)
cout << "文件 " << temp << " 成功读取." << endl;
else
cout << "Error: 文件打开模式错误 ." << endl;
}
}
}
else if (Command == "write")
{
cout << "请输入文件名 :";
cin >> temp;
for (i = 0; i<_Number_Files; i++)
if ((UFD[i].Length_File != -1) && (UFD[i].File_Name == temp))
break;
if (i == _Number_Files)
cout << "文件名错误，请再次输入 ." << endl;
else
{
for (temp_int = 0; temp_int<_MaxNumber_Open_Files; temp_int++)
if (_AFD[temp_int].File_ID == i)
break;
if (temp_int == _MaxNumber_Open_Files)
cout << "文件 " << temp << " 未打开 ." << endl;
else
{
if (_AFD[temp_int].Write == true)
cout << "文件 " << temp << " 成功写入." << endl;
else
cout << "Error: 文件打开模式错误 ." << endl;
}
}
}
else if (Command == "shutdown")
{
cout << "正在注销........" << endl;
cout << "再见 , " << User_Name << " !" << endl;
cout << "正在关机.........." << endl;
break;
}
else
{
cout << "指令错误，请再次输入 ." << endl;
}
} while (Command != "logout" && Command != "shutdown");
} while (Command != "shutdown");
}
实验结果：
评价表格
考核标准
得分
（1）正确理解和掌握实验所涉及的概念和原理（20%）；
（2）按实验要求合理设计数据结构和程序结构（20%）；
（3）运行结果正确（20%）；
（4）认真记录实验数据，原理及实验结果分析准确（20%）；
（5）实验过程中，具有严谨的学习态度和认真、踏实、一丝不苟的科学作风（10%）；
（7）实验报告规范（10%）。
合计
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