操作系统课程设计_操作系统课程设计完整

2020-02-27 其他范文下载本文

操作系统课程设计由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“操作系统课程设计完整”。

操作系统课程设计

注意事项：

0.请每位同学必须按时提交课程设计报告（包括电子版和纸质版），算入期末成绩

1.在三个题目中选择一个

2.如果选择题目

（一）进程调度算法，要求实现其中2个以上（包括2个）进程调度算法 3.如果选择题目

（二）银行家算法，要求能够判断系统的安全状态

4.如果选择题目

（三）页面调度算法，要求实现其中2个以上（包含2个）进程调度算法 5.报告应包含算法分析、实验截图、核心算法源代码，请各位同学认真对待，独立完成 6.提交要求：电子版（包括实验程序）请发至ropeal@163.com，纸质版请班长收齐，由班长统一在课堂上提交（并提交未交人员名单），截止时间第16周周三(2014.1.31)7.格式要求：

7.1 A4纸10页左右

7.2 封面请注明班级、姓名、学号、所选题目

7.3 电子版发送时，请打包成一个文件，将文件名设置为：学号+姓名+题目名称（如20130000张三进程调度算法课程设计），邮件主题同文件名

一、进程调度算法

1.1 实验目的： a、设计进程控制块PCB表结构，模拟实现进程调度算法：FIFO，静态优先级调度，时间片轮转调度，多级反馈队列调度。（实现其中之二）。* b、建立进程就绪队列。对不同算法编制入链子程序。c、编写一进程调度程序模拟程序。模拟程序只对PCB进行相应的调度模拟操作，不需要实际程序。* 由用户输入进程名和进程长度，然后按照短进程优先的进程处理顺序给出进程的排序。

1.2 实验原理调度算法是指：根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。1.2.1 先来先服务和短作业（进程）优先调度算法

1.先来先服务调度算法。先来先服务（FCFS）调度算法是一种最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。FCFS算法比较有利于长作业（进程），而不利于短作业（进程）。由此可知，本算法适合于CPU繁忙型作业，而不利于I/O繁忙型的作业（进程）。

2.短作业（进程）优先调度算法。短作业（进程）优先调度算法（SJ/PF）是指对短作业或短进程优先调度的算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。但其对长作业不利；不能保证紧迫性作业（进程）被及时处理；作业的长短只是被估算出来的。1.2.2 高优先权优先调度算法

1.优先权调度算法的类型。为了照顾紧迫性作业，使之进入系统后便获得优先处理，引入了最高优先权优先（FPF）调度算法。此算法常被用在批处理系统中，作为作业调度算法，也作为多种操作系统中的进程调度，还可以用于实时系统中。当其用于作业调度，将后备队列中若干个优先权最高的作业装入内存。当其用于进程调度时，把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程，此时，又可以进一步把该算法分成以下两种： 1)非抢占式优先权算法

2)抢占式优先权调度算法（高性能计算机操作系统）

2.优先权类型。对于最高优先权优先调度算法，其核心在于：它是使用静态优先权还是动态优先权，以及如何确定进程的优先权。3．高响应比优先调度算法

为了弥补短作业优先算法的不足，我们引入动态优先权，使作业的优先等级随着等待时间的增加而以速率a提高。该优先权变化规律可描述为：优先权=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间；即 =（响应时间）/要求服务时间 1.2.3 基于时间片的轮转调度算法

1.时间片轮转法。时间片轮转法一般用于进程调度，每次调度，把CPU分配队首进程，并令其执行一个时间片。当执行的时间片用完时，由一个记时器发出一个时钟中断请求，该进程被停止，并被送往就绪队列末尾；依次循环。2.多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法，不必事先知道各种进程所需要执行的时间，它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。其实施过程如下：

1)设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。在优先权越高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就越小。

2)当一个新进程进入内存后，首先放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等候调度。如果他能在一个时间片中完成，便可撤离；如果未完成，就转入第二队列的末尾，在同样等待调度„„ 如此下去，当一个长作业（进程）从第一队列依次将到第n队列（最后队列）后，便按第n队列时间片轮转运行。3)仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1到第（i-1）队列空时，才会调度第i队列中的进程运行，并执行相应的时间片轮转。4)如果处理机正在处理第i队列中某进程，又有新进程进入优先权较高的队列，则此新队列抢占正在运行的处理机，并把正在运行的进程放在第i队列的队尾。

1．3 实验要求

a、使用模块化设计思想来设计； b、给出算法的流程图或伪码说明。c、学生可按照自身条件，随意选择采用的算法，（例如：采用冒泡法编写程序，实现短进程优先调度的算法）

d、进程调度程序模拟程序只对PCB进行相应的调度模拟操作，不需要实际程序。

1.4 算法简析 a、每个进程可有三个状态，并假设初始状态为就绪状态。b、为了便于处理，程序中的某进程运行时间以时间片为单位计算。各进程的优先数或轮转时间数以及进程需运行的时间片数的初始值均由用户给定。c、在优先数算法中，优先数可以先取值为（50-该进程所需时间），进程每执行一次，优先数减3，CPU时间片数（CPUtime）加1，* 进程还需要的时间片数（needtime）减1。在时间片轮转算法中，采用固定时间片

（即：每执行一次进程，该进程的执行时间片数为已执行了2个单位），这时，CPU时间片（CPUtime）数加2，* 进程还需要的时间片数（needtime）减2，并排列到就绪队列的尾上。

d、对于遇到优先数一致的情况，采用FIFO策略解决。

二、银行家算法

2.1 概述

2.1.1 设计目的1、了解多道程序系统中，多个进程并发执行的资源分配。

2、掌握死锁的产生的原因、产生死锁的必要条件和处理死锁的基本方法。

3、掌握预防死锁的方法，系统安全状态的基本概念。

4、掌握银行家算法，了解资源在进程并发执行中的资源分配策略。

5、理解死锁避免在当前计算机系统不常使用的原因

2.2 关于死锁

2.2.1 死锁概念：

在多道程序系统中，虽可借助于多个进程的并发执行，来改善系统的资源利用率，提高系统的吞吐量，但可能发生一种危险━━死锁。所谓死锁(Deadlock),是指多个进程在运行中因争夺资源而造成的一种僵局(Deadly_Embrace),当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。一组进程中，每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。

2.2.2 关于死锁的一些结论：

参与死锁的进程最少是两个（两个以上进程才会出现死锁）

参与死锁的进程至少有两个已经占有资源

参与死锁的所有进程都在等待资源

参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集

注：如果死锁发生，会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃。

2.2.3 资源分类：

永久性资源：可以被多个进程多次使用（可再用资源），分为：可抢占资源与不可抢占资源

临时性资源：只可使用一次的资源；如信号量,中断信号，同步信号等（可消耗性资源）

“申请--分配--使用--释放”模式

2.2.4 产生死锁的四个必要条件：

1、互斥使用（资源独占）

一个资源每次只能给一个进程使用

2、不可强占（不可剥夺）

资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源，资源只能由占有者自愿释放

3、请求和保持（部分分配，占有申请）

一个进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有（只有这样才是动态申请，动态分配）

4、循环等待

存在一个进程等待队列

{P1 , P2 , „ , Pn}，其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，„，Pn等待P1占有的资源，形成一个进程等待环路

2.2.5 死锁的解决方案 1 产生死锁的例子

申请不同类型资源产生死锁

P1： „

申请打印机申请扫描仪使用

释放打印机释放扫描仪 „ P2： „

申请扫描仪申请打印机使用

释放打印机释放扫描仪 „

申请同类资源产生死锁（如内存）

设有资源R，R有m个分配单位，由n个进程P1,P2,„,Pn（n > m）共享。假设每个进程对R的申请和释放符合下列原则： * 一次只能申请一个单位 * 满足总申请后才能使用 * 使用完后一次性释放

m=2，n=3 资源分配不当导致死锁产生

2死锁预防: 定义:在系统设计时确定资源分配算法，保证不发生死锁。具体的做法是破坏产生死锁的四个必要条件之一

①破坏“不可剥夺”条件

在允许进程动态申请资源前提下规定，一个进程在申请新的资源不能立即得到满足而变为等待状态之前，必须释放已占有的全部资源，若需要再重新申请 ②破坏“请求和保持”条件

要求每个进程在运行前必须一次性申请它所要求的所有资源，且仅当该进程所要资源均可满足时才给予一次性分配 ③破坏“循环等待”条件采用资源有序分配法：

把系统中所有资源编号，进程在申请资源时必须严格按资源编号的递增次序进行，否则操作系统不予分配。

2.2.6 安全状态与不安全状态

安全状态：如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1，„Pn，则系统处于安全状态。一个进程序列{P1，„，Pn}是安全的，如果对于每一个进程Pi(1≤i≤n），它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj(j

不安全状态:不存在一个安全序列，不安全状态一定导致死锁。

2.3 数据结构设计

1.可利用资源向量矩阵AVAILABLE。这是一个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。如果AVAILABLE [j]= K，则表示系统中现有R类资源K个

2.最大需求矩阵MAX。这是一个n*m的矩阵，用以表示每一个进程对m类资源的最大需求。如果MAX [i,j]=K，则表示进程i需要R类资源的数目为K。

3.分配矩阵ALLOCATION。这也是一个n*m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。如果ALLOCATION [i,j]=K，则表示进程i当前已分得R类资源的数目为K。

4.需求矩阵NEED。这也是一个n*m的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果NEED [i,j]=K，则表示进程i还需要R类资源K个，才能完成其任务。上述矩阵存在下述关系：

NEED [i,j]= MAX[i,j]﹣ ALLOCATION[i,j]

2.4 算法的实现 2.4.1 初始化由用户输入数据，分别对可利用资源向量矩阵AVAILABLE、最大需求矩阵MAX、分配矩阵ALLOCATION、需求矩阵NEED赋值。2.4.2 银行家算法

在避免死锁的方法中，所施加的限制条件较弱，有可能获得令人满意的系统性能。在该方法中把系统的状态分为安全状态和不安全状态，只要能使系统始终都处于安全状态，便可以避免发生死锁。

银行家算法的基本思想是分配资源之前,判断系统是否是安全的;若是,才分配。它是最具有代表性的避免死锁的算法。

设进程cusneed提出请求REQUEST [i]，则银行家算法按如下规则进行判断。(1)如果REQUEST [cusneed] [i]

(2)如果REQUEST [cusneed] [i]

2.4.3 安全性检查算法

(1)设置两个工作向量Work=AVAILABLE;FINISH(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，FINISH==false;NEED

Work+=ALLOCATION;Finish=true;GOTO 2(4)如所有的进程Finish= true，则表示安全；否则系统不安全。

三、页面调度算法 3.1 实验名称

页式虚拟存储管理：页面调度算法 3.2 实验目的页式虚拟存储器实现的一个难点是设计页面调度（置换）算法，即将新页面调入内存时，如果内存中所有的物理页都已经分配出去，就要按某种策略来废弃某个页面，将其所占据的物理页释放出来，供新页面使用。本实验的目的是通过编程实现几种常见的页面调度（置换）算法，加深读者对页面思想的理解。3.3 实验原理

页面调度算法

目前有许多页面调度算法，本实验主要涉及先进先出调度算法、最近最少调度算法、最近最不常用调度算法。本实验使用页面调度算法时作如下假设，进程在创建时由操作系统为之分配一个固定数目物理页，执行过程中物理页的数目和位置不会改变。也即进程进行页面调度时只能在分到的几个物理页中进行。

下面对各调度算法的思想作一介绍。

先进先出调度算法

先进先出调度算法根据页面进入内存的时间先后选择淘汰页面，先进入内存的页面先淘汰，后进入内存的后淘汰。本算法实现时需要将页面按进入内存的时间先后组成一个队列，每次调度队首页面予以淘汰。