操作系统课程设计编程内容

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1、实验一进程调度一、实验目的通过一个简单的进程调度模拟程序的实现， 加深对进程调度算法，进程切换 的理解。二、实验内容采用动态优先数的方法，编写一进程调度程序模拟程序。模拟程序只进行相 应的调度模拟操作，不需要实际程序。提示:(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，进程名一一作为进程的标识，假设五个进程的进程名分别为P1, P2,P3, P4, P5o指针一一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”。要求运行时间一一假设进程需要运行的单位时

2、间数。优先数一一赋予进程的优先数，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”， 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。(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”。由于本实习是模拟处理器调度，所以，对被选中的 进程并不实际的

3、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”(巳, 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

4、) 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。三：实验流程图四、实验代码#i nclude #i nclude #include #in elude /*进程控制块数据结构*/ typedef struct node char name10;/* 进程名 */int prio;/*进程优先级*/int count; /*进程运行时间*/char state; /*进程的状态：R:运行,W :等待,F:结束*/struct node *next;/*指向下一个进程的指针*/PCB;为就绪PCB

5、*fini sh,*ready,*tail,*ru n;/*指向三个队列的队首的指针，tail队列的队尾指针*/int N;/*定义进程的数目*/*函数功能：将进程就绪队列中第一个放进就绪队列函数原型：void first in (void)函数参数：void函数返回值：void*/ void firsti n(v oid)if(ready!=NULL)run=ready; ready=ready-n ext; run-state=R;run- next=NULL;elserun=NULL;/*函数功能：输出所有进程信息的函数函数原型：void prt(char algo)函数参数：char

6、a :a=p为优先级，=r为时间片轮转函数返回值：void*/void prt(char algo)PCB *p;printf(” n ame count priority state n);p=ready;while(p!=NULL)prin tf(%-10s,%-10d,%-10d,%-5cn,p- name,p-prio,p-state);p=p-n ext;p=fi ni sh;while(p!=NULL)prin tf(%-10s,%-10d,%-10d,%-5cn,p- name,p-prio,p-state);p=p-n ext;getchar();/*函数功能：优先级法调度将进

7、程插入到就绪队列算法函数原型：void in sert1(PCB *q)函数参数：PCB *q待插入的队列进程控制块优先级越高，插入越靠前函数返回值：void*/void in sert1(PCB *q)PCB *p,*s,*r; /*p,r 用来控制就绪队列滚动，S指向插入的队列*/ int b; /*b作为插入控制标志的*/s=q;p=ready;r=p;b=1;if(s-prio=ready-prio)s-n ext=ready;ready=s;elsewhile(p!=NULL)&b)if(p-prio=s-prio)r=p;p=p-n ext;elseb=0;s-n ext=p;r-

8、n ext=s;/*函数功能：采用优先级进程调度法时，进程初始化函数函数原型：void pcreate_task(char algo)函数参数：char algo:函数返回值：void*/void pcreate_task(char algo) _PCB *p;int i,time;char na10;ready=NULL;fini sh=NULL;run=NULL;for(i=0;in ame, na);p-co un t=time;p-state=W;p-prio=time;if(ready=NULL)ready=p;ready-n ext=NULL;elsein sert1(p);pri

9、n tf(Output the wait ing processes in formatio nn); prt(algo);firsti n();/*函数功能：采用优先级进程调度法时，进程调度函数函数原型：void priority(char algo)函数参数：char a:进程调度类别标志：P优先级R时间片轮转函数返回值：void*/priority(char algo)while(ru n!=NULL)run-co un t-=1;run-prio-=1;if(run-co un t=0)run-n ext=fi ni sh;fini sh=r un;run-state=E;run=NU

10、LL;firsti n();elseif(ready!=NULL )&(run-prioprio)run-state=W;in sert1(r un);run=NULL;firsti n();prt(algo);return(0);/*mai n 函数 */int main()char algo;algo=卩；prin tf(Please en ter the nu mber of processes N:n);sca nf(%d,&N);pcreate_task(algo);priority(algo);return(O);实验二存储管理一、实验目的存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请

11、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。二、实验内容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 50%的指令是顺序执行的； 25%的指令是均匀分布在前地址部分； 25%的指令是均匀分布在后地址部分。具体的实施方法是： 在0,319的指令地址之间随机选取一起点m; 顺序执行一条指令； 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; 顺序执行一条指令，其地址为m+1; 在后地址m+2,319中随机选取一条指令并执行； 重复上述步骤，直到

12、执行320次指令。(1)将指令序列变换成为页地址流设：页面大小为 1K; 用户内存容量为4页到32页； 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32页。(2)计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。 先进先出的算法(FIFO); 最近最久未使用算法(LRU);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

13、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。三、随机数产生办法关于随机数产生办法 丄inux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；ao=10 * rand( ) / 32767 * 319 + 1;a1= 10 * ran d( ) / 32767 * ao;III语句可用来产生a0与a1中的随机数。四，实验代码/*此程序为页面调度程序，用于模拟虚存与主存之间的页面置换*并同时采用FIFO,LRU,OPT,LFT,NUR几种算法*并比较在不同算法下及不同的主存页面状态下

14、，主存的命中率的高低*/#i nclude stdlib.h#i nclude stdio.h#i nclude time.h#defi ne TRUE 1#defi ne FALSE 0/*页面失效#defi ne INVALID -1/*指令流长*/*虚页长*/*清零周期*/#defi ne null 0#defi ne total_i nstructio n 320#defi ne total_vp 32#defi ne clear_period 50typedef struct/* 页面结构 */int pn,pfn,counter,time;pl_type；/*-pn为页面队列号,p

15、fn为页面控制结构中的页号，counter为访问次数-*/pl_type pltotal_vp;/*页面结构数组；建立虚存页面空间*/C*此程序有两种结构，一种是页面结构，用于页面的实际转换*即将某一页面的实际参数作改变*另一种是页面控制结构，用于控制页面的调度*/struct pfc_struct/*页面控制结构；主存中的页面调度结构*/int pn ,pfn;struct pfc_struct *next;； _typedef struct pfc_struct pfc_type;/*-p272 c 语言书;用于将定义语句 struct pfc_struct 改成 pfc_type-*/

16、/*-pfctotal_vp为用户进程虚页控制结构；freepf_head闲页面头指针； *-busypf_head忙页面头指针；busypf_tail忙页面尾指针*/pfc_type pfctotal_vp,*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;int diseffect,atotal_i nstructio n;/* 定义页面缺失次数diseffect和指令序列表a*/int pagetotal_instruction,offsettotal_instruction;/* 定义每条指令分别在哪一 页pagei以及在此页中的偏移量 offseti*/v

17、oid in itialize(); void FIFO();void LRU(); void OPT();void LFU(); void NUR();void in itialize(i nt total_pf)/*初始化相关数据；total_pf用户进程的内存页面数*/ int i;diseffect=0;for (i=0;itotal_vp;i+)/*虚存页面设初值*/ pli.p n=i; pli.pfn=INV ALID; pli.co un ter=0; pli.time=-1;for (i=1;itotal_pf;i+) pfci-1. next=&pfci;pfci-1.pf

18、n=i-1;pfctotal_pf-1. next=NULL; pfctotal_pf-1.pfn=total_pf-1; freepf_head=&pfc0;/*页面控制结构中的访问次数为0,时间为-1*/*主存页面设初值*/*建立pfci-1和pfci之间的链接*/*空页面队列的头指针为pfc0*/void FIFO(i nt total_pf)/*FIFO(First In First Out) ALGORITHM*/*该算法中freepf_head用于指示主存页面中空闲页面的头位置，而并没 有创建新的队列*同样,busypf_head及busypf_tail也没有创建新的队列，而是用于

19、指示主存结构中忙页面的头尾*而且由于是纯算法，所以并没有考虑页面自己消掉的可能性，而纯粹由调度结构控制*因此，当页面满后，只有命中不命中目标，只有当释放页面时，会暂时性地 产生一个free页面*/ int i,j;pfc_type *p,*t;in itialize(total_pf);/*利用子程序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;in ext;plbusypf_head-p n.pfn=INVALID;/*将释放出的页面的pfn改为INVALID*/freepf_head=busyp

20、f_head;/*释放忙页面队列中的第一个页面*/freepf_head-n ext=NULL;/*因为只有一个空闲页面所以next必为 NULL*/busypf_head=p; _p=freepf_head-next;/*按FIFO方式调新页面入内存页面*/freepf_head-n ext=NULL;/*当前空闲页面将被占用，因此其next必为NULL*/freepf_head-pn=pagei;/* 这里的freepf_head指的是当前将被占用的页面*/plpagei.pfn=freepf_head-pfn;/* 仅仅是存放一个值而已，用以区分页面不在主存中的INVALID*/if (

21、busypf_tail=NULL)busypf_head=busypf_tail=freepf_head;/* 当主存页面为空的情况下，处理尾部*/elsebusypf_tail-n ext=freepf_head;busypf_tail=freepf_head; 一 一freepf_head=p;/*空闲页面指向下一个*/ _prin tf(FIFO:%6.4f-,1-(float)diseffect/320);void LRU(int total_pf)/*LRU(Last RecentlyUsed) ALGORITHM */*此处LRU算法并未用到pfc队列*而是用是否为INVALID来

22、判断该页面是否被载入内存*若未被载入内存，则被载入,同时在有空闲页面的情况下将 freepf_head 指向下一个*若没有空闲页面，则在plpagei.pfn!=INV ALID的页中选出时间最小 的,将之替换出去*/ int min,min j,i,j,prese nt_time;in itialize(total_pf); prese nt_time=0;for (i=0;itotal_i nstructio n;i+)/*页面失效*/*失效次数*/*无空闲页面*/ _if (plpagei.pfn=INV ALID) diseffect+;if (freepf_head=NULL) mi

23、n=32767;/*找出主存中时间最小的页面*/for(j=0;jplj.time)/在 pl 中的页面凡是标注有值的均是在主存中的页面！ min=plj.time; minj=j;/!错/*freepf_head=&pfcpfcminj.pfn;*/ 误！ minj取值会大于total_pfplminj.pfn=INV ALID;plm in j.time=-1;Plpagei.pfn=pagei;else plpagei.pfn=pagei;页面被载入内存freepf_head=freepf_head-n ext;freepf_head 指向下一个elseplpagei.time=pres

24、e nt_time;中的页面的time增大，以确保不被最先置换*/prese nt_time+;prin tf(LRU:%6.4f-,1-(float)diseffect/320);/标志此/*页面有效则将命/为了表示/*NUR最近不经常使void NUR(int total_pf) 用算法 ALGORITHM */ int i,j,dp,c on t_flag,old_dp; pfc_type *t;in itialize(total_pf); dp=0;for (i=0;itotal_i nstructio n;i+) _/*页面失效*/*失效次数*/*无空闲页面*/if (plpagei

25、.pfn=INV ALID) diseffect+;if (freepf_head=NULL)con t_flag=TRUE; old_dp=dp; while (con t_flag) if(pldp.counter=0&pldp.pfn!=INV ALID)co nt_flag=FALSE;else dp+; if(dp=total_vp) dp=0; if(dp=old_dp)for(j=0;jn ext=NULL;plpagei.pf n=freepf_head-pf n; freepf_head=freepf_head-n ext;elseplpagei.co un ter=1;if

26、(i%clear_period=0)for(j=0;jtotal_vp;j+) plj.co un ter=0; _prin tf(NRU:%6.4f,1-(float)diseffect/320);void LFU(i nt total_pf)Used) ALGORITHM */ int i,j,m in,min page;pfc_type *t;in itialize(total_pf);for (i=0;itotal_i nstructio n;i+) _if (plpagei.pfn=INV ALID) diseffect+;if (freepf_head=NULL) min=3276

27、7;for(j=0;j plj.cou nter&plj.pfn!=INV min=plj.co un ter;min page=j;plj.co un ter=0;freepf_head=&pfcpfcmi npage.pfn; plmi npage.pfn=INV ALID; freepf_head-n ext=NULL; _plpagei.pf n=freepf_head-pf n; freepf_head=freepf_head-n ext;/*LFU(Leat Freque ntly/*页面失效*/*失效次数*/*无空闲页面*/ALID)elseplpagei.co un te r+

28、;prin tf(LFU:%6.4f-,1-(float)diseffect/320);void OPT(int total_pf)/*OPT(OptimalReplaceme nt) ALGORITHM*/ int i,j,max,maxpage,d,disttotal_vp;pfc_type *t;in itialize(total_pf);据结构*/for (i=0;itotal_i nstruct ion ;i+) _if (plpagei.pfn=INV ALID) diseffect+;if (freepf_head=NULL) for(j=0;jtotal_vp;j+)if(pl

29、j.pfn!=INV ALID) distj=32767;else distj=0;/不在主存内的则其disk标志为0plj.co un ter=0;d=1;for (j=i+1;jtotal_i nstruct ion ;j+)后会被访问到的次数 if (plpagej.pfn!=INV ALID)现在已在主存中distpagej=d;/*初始化相关页面控制用数/*页面失效*/*失效次数*/*无空闲页面*/找出余下指令所在页面以/前提是这些页面/不是j, 而d+; max=-1;/找出在ALID)for (j=0;jtotal_vp;j+)主存中哪个页面在以后的被访问到的次数最小if(max

30、n ext=NULL; plmaxpage.pfn=INVALID;plpagei.pfn=pagei;/将当前页面调入内存中去,即将其pfn值标注为非INVALIDelseplpagei.pf n=freepf_head-pf n; freepf_head=freepf_head-n ext; 一 一prin tf(OPT:%6.4f-,1-(float)diseffect/320);/delete dist;dist=NULL;int mai n()int S,i,j;sran d(time(0);S=319*ra nd()/32767;for(i=0;itotal_i nstruct i

31、on ;i+=4)ai=S;ai+1=ai+1; ai+2=ai*ra nd()/32767;ai+3=ai+2+1;S=(318-ai+2)*ra nd()/32767+ai+2+2;for(i=0;itotal_instruction;i+)/*设定页号及页内位移量 */ _pagei=ai/10; offseti=ai%10; prin tf(%4d,ai);if(i+1)%16=0)prin tf(n);for (i=4;i32;i+)prin tf(%2d page frames)；FIFO(i);LRU(i);OPT(i);LFU(i);NUR(i);prin tf(n); getchar(); return 0;