2022年操作系统学习课程设计方案指导书.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 运算机操作系统课程设计指导书一、课程设计的目的和意义 本课程设计是同学学习完运算机操作系统课程后,进行的一次全面的综合训练,通过课程设计,让同学更好地把握操作系统的原理及实现方法,加深对操作系统基础理论 和重要算法的懂得,加强同学的动手才能；二、总体要求：1、 课程设计总时间为五天；2、 课程设计地点是试验楼616 机房；3 人组（自由组合）课程设计题目由任3、 一个班分如干个组,每组2 人,个别可以课老师指定；4、 人员分工：组长1 人、组员1 到 2 人；组长可由小组人员自行选出或自荐,组长的职责是负责与老师沟通,合理支配安排本组的各项任务,任务有：系统总体设 计、编码、测试、写文档；三、设计要求：本课程设计以 Linux 操作系统为试验平台,进行源代码分析和修改或应用；通过该课 程设计,使同学把握 Linux 操作系统各部分结构、实现机理和各种典型算法；或使同学进 行网络治理和系统治理,系统地明白操作系统的设计和实现思路,运用内核开发环境实现 对内核的修改,培育同学的系统设计才能,并明白操作系统的进展动向和趋势；要求如下：1、要充分熟悉课程设计对培育自己的重要性,仔细做好设计前的各项预备工作；2、既要虚心接受老师的指导,又要充分发挥主观能动性；结合课题,独立摸索,努力 钻研,勤于实践,勇于创新；3、独立按时完成规定的工作任务,不得弄虚作假,不准抄袭他人内容,否就成果以不 及格计；4、课程设计期间,无故缺席按旷课处理；缺席时间达四分之一以上者,其成果按不及 格处理；5、在设计过程中,要严格要求自己,树立庄重、严密、严谨的科学态度,必需按时、按质、按量完成课程设计；6、小组成员之间,分工明确,但要保持联系畅通,亲密合作,培育良好的相互帮忙和 团队协作精神；四、成果评定1、同学平常表现占总成果30,如迟到扣5 分,无故旷课每次扣10 分,二次不到者总成果以0 分计；2、课程设计报告占总成果70,在规定时间内上交；3、严禁抄袭,复制设计内容,查出后相关同学设计成果以零分处理；五、设计内容（除特殊注明外,每组 定 1 个题目,再由老师作适当调整）2 人,先自由组合,并选名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 课题一、 Linux 下 C 编程实现银行家算法银行家算法的思路：1.进程一开头向系统提出最大需求量 . 2.进程每次提出新的需求 分期贷款 都统计是否超出它事先提出的最大需求量 . 3.如正常 ,就判定该进程所需剩余量包括本次申请 是否超出系统所把握的剩余资源量 ,如不超出 ,就安排 ,否就等待 . 4.银行家算法的数据结构 . 1系统剩余资源量 Vn, 其中 Vn 表示第 I 类资源剩余量 . 2已安排资源量 Amn, 其中 Aji 表示系统 j 程已得到的第 i 资源的数量 . 3剩余需求量 .Cmn, 其中 Cji 对第 i 资源尚需的数目 . 5.银行家算法流程 :当某时刻 ,某进程时 ,提出新的资源申请 ,系统作以下操作 : 1判定 En 是否大于 Cjn, 如大于 ,表示出错 . 2判定 En 是否大于系统剩余量Vn, 如大于 ,就该进程等待 . 3如以上两步没有问题,尝试安排 ,即各变量作调整. ,如安全 ,就实际安排 ,否就 ,撤消分4依据安全性估运算法,判定 ,安排过后 ,系统是否安全配,让进程等待 . 6."安全性检测 "算法对进程逐个扫描,先判定flag,看进程是否完成,假如完成就连续扫描,假如没有再判定当前系统是否满意进程所需要的安排额,假如满意就安排并当进程完成后回收资源,假如没有就扫描下一个进程；扫描全部进程,假如全部的进程都能完成就说明是安全安排 序列,假如没有,就安排不胜利,不存在着安全序列；课题二、处理机调度算法的实现 设计目的 ：在多道程序和多任务系统中,系统内同时处于就绪状态的进程可能有如干 个；也就是说能运行的进程数大于处理机个数；为了使系统中的进程能有条不紊地工作,必需选用某种调度策略,挑选一进程占用处理机；要求同学设计一个模拟处理机调度算 法,以巩固和加深处理机调度的概念；设计要求 ：1）先由用户输入进程数量（至少 到达时间和服务时间）；5 个进程）,再由系统随机生成一个进程序列（包括2）然后显示进程调度算法由用户挑选,包括：时间片轮转法,短作业优先算法,动态 优先级算法；3）显示结果包括每个进程的开头时间、完成时间、周转时间以及带权周转时间,显示 界面可参考书本的例子以表格形式但可不要表格线；课题三、生产者消费者问题名师归纳总结 设计目的 ：通过讨论Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发掌握. 第 2 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 说明：有界缓冲区内设有20 个储备单元,放入/取出的数据项设定为1-20 这 20 个整型数；设计要求 ：1每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,实时显示有界缓冲区的全部内容、当前指针位置和生产者 /消费者的标识符；2生产者和消费者各有两个以上；3多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行操作的函数代码；提示： 1 有界缓冲区可用数组实现；课题四：基于 Linux 的二级文件系统；要求做到以下几点：1、 可以实现以下几条命令,但可不用参数；留意,必需真正实现,不能模拟实现,如Login 用户登录 Dir 列出文件夹内容 Create 创建文件 Delete 删除文件 Open 打开文件 Close 关闭文件 Read 读文件 Write 写文件Dir 类似于 Linux 的 ls 命令；2、列目录时要列出文件名、物理地址、爱护码和文件长度；3、设计提示实现虚拟文件系统的一般思路是调用系统的文件创建（如c 中的 fopen 函数的 w 方式即可）一个新文件,将此文件作为虚拟磁盘,在完成本设计要求的内容时,要求所生成的 文件目录以及文件等内容都是储备在此磁盘中；4、源文件可以进行读写爱护；主要需完成以下子过程,但不肯定全部要用到；名师归纳总结 1、 i 节点内容猎取函数iget iname 第 3 页,共 9 页2、 i 节点内容释放函数iput 3、目录创建函数mkdir 4、目录搜寻函数namei 5、磁盘块安排函数balloc 6、磁盘块释放函数bfree 7、安排 i 节点区函数ialloc 8、释放 i 节点区函数ifree 9、搜寻当前目录下文件的函数10、拜访掌握函数access - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 11、显示目录和文件用函数 _dir 12、转变当前目录用函数 chdir 13、打开文件函数 open 14、创建文件函数 create 15、读文件用函数 read 16、写文件用函数 write 17、用户登录函数 login 18、用户退出函数 logout 19、文件系统格式化函数 format 20、进入文件系统函数 install 21、关闭文件系统函数 close 22、退出文件系统函数 halt 23、文件删除函数 delete 课题五：储备治理动态分区安排算法的模拟：要求设计主界面以敏捷挑选某算法,以下算法都要实现：1、首次适应算法2、循环首次适应算法3、正确适应算法；4、最坏适应算法；5、快速适应算法具体要求：1） 第一由系统生成当前的内存状态,依据课本P122 图 4-5（a）所示,要求未安排的分区数量不少于 3 个,且空间大小随机,然后随机生成一个数,表示等待安排 进程的大小；2） 然后显示上述算法由用户挑选,结果显示安排后的状态；课题六：三种储备治理方式的地址换算 1、分页方式的地址换算；具体要求：1）随机生成页面大小,但肯定为2 的幂,系统随机生成一个至少有10 行的页表,页号、块号从0 开头；2）用户给定一个规律地址,第一显示此地址的页号和页内地址,然后显示是第 几块,最终显示其物理地址；2、分段方式的地址换算；具体要求：1）由系统随机生成5 个左右的段,并随机生成一个段表并显示；2）由用户给定一个规律地址,包括段号和段内地址,最终显示其物理地址；3、段页式的地址换算；具体要求：1）先由系统随机生成5 个左右的段,然后再由系统随机生成页面大小,但肯定名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 为 2 的幂；然后生成段表和页表,具体内容参照课本 P140 的图 4-22；2）由用户给定一个规律地址,包括段号和段内地址,最终显示其物理地址；课题七：进程调度模拟程序设计要求：编写一个进程调度程序,答应多个进程共享进程调度程序；进程调度算法：采纳（1）最高优先数优先的调度算法（即把处理机安排给优先数最高的进程）,（2）时间片轮转法,（3）先来先服务算法；每个进程有一个进程掌握块（ PCB ）表示；进程掌握块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用 CPU 时间、进程状态等等；进程的优先数、到达时间、时间片以及需要的运行时间由随机数产生；1、设计内容1）设计进程掌握块PCB 表结构,分别适用于优先权调度算法、时间片轮转调度算法和先来先服务算法；2）PCB 结构包括以下信息：进程名、进程优先数（或轮转时间片）,进程所占 用的 CPU 时间,进程的状态,当前队列指针等；依据调度算法的不同,PCB 结构的 内容可以作适当的增删；3）建立进程就绪队列；对两种不同算法编制入链子程序；4）编制三种进程调度算法：A 、优先数调度；B、循环轮转调度；C、先来先服务；2、具体设计要求及有关说明 选用优先数算法和简洁时间片轮转法对五个进程进行调度,每个进程可有三种状态：运行状态（ RUN ）、就绪状态（设计进程掌握块结构如下：PCB: NAME PRIO/ROUND CPUTIME COUNT NEEDTIME STATE NEXT 其中：READY ）和完成状态；并假定初始状态为就绪状态； NAME 进程标识符； PRIO进程优先数；ROUND 进程轮转时间片； CPUTIME 进程占用 CPU 时间； COUNT 计数器；名师归纳总结 NEEDTIME 进程到完成仍要的CPU 时间；第 5 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - STATE进程的状态； NEXT 链指针；进程掌握块链结构如插图；其中：RUN 当前运行进程指针；READY 就绪队列头指针；TAIL 就绪队列尾指针；FINISH 完成队列头指针；为了便于处理,程序中进程的运行时间以时间片为单位运算；各进程的优先数或轮转时间片数以及进程需运行的时间片数的初值均由用户给定；RUN TAIL READFINISH 3、程序设运算法：（1）在优先数算法中,进程每执行一次,优先数减 3, CPU 时间片数加 1,进程仍需要的时间片数减 1；在轮转法中,采纳固定时间片,时间片数为 2,进程每执行一次,CPU时间片数加 2,进程仍需要的时间片数减 2,并排到就绪队列的尾上；（2）程序结构说明如下：整个程序由 INSERT1, INSERT2, FIRSTIN, PRINT, CREATE, PRISCH 和 ROUNDSCH 过程组成；其中：INSERT1 的功能是把仍未完成且优先数小于别的进程 就绪队列中；PCB 按进程优先数的次序插入到INSERT2 是轮转法使用的过程,将执行了一个单位时间片数（为 2）且仍未完成的进程的 PCB 插入到就绪队列的队尾；FIRSTIN 的功能是将就绪队列中的第一个进程投入运行；名师归纳总结 PRINT 打印每执行一次后的全部进程的状态,这里,就绪（等待）用“W” 代表；第 6 页,共 9 页CREATE 的功能是创建新的进程,即创立进程的PCB,并将此PCB 链入到就绪队列中- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 去；PRISCH 按优先数算法调度进程；ROUNDSCH 按时间片轮转法调度进程；主程序中定义了 PCB 的结构和其它变量 NUMBER 进程数, ALGO 为 10 个字符长的字符串,存放要求输入的算法的名,PRIORITY 为优先数算法,ROUNDROBIN 为循环轮转法,在程序运行时输入其中的一个；课题八：多道程序缓冲区和谐操作如下图所示,有 10 个 PUT 操作要不断循环地向 Buffer1 送数据,有一个 Move 操作要不断地将 Buffer1 的数据取到 Buffer2 ,有 20 个 GET 操作要不断地从 Buff2 中取数据；BUFF1 是 10,BUFF2 的容量是 20, PUT、 MOVE 、 GET 每次操作一个数据,为了在操作的过程中要保证数据不丢失 ,每个 Buffer 每次只能接受一个 PUT 或一个 Move 或一个 Get,多个操作不能同时操作同一 BUFFER ；设计一个多道程序完成上述操作；试用、原语和谐 PUT、 MOVE 、GET 的操作,并说明每个信号量的含义、初值和值的范畴；PUT MOVE GET 1、基本功能要求1 显示 Buffer 的操作过程；2 可以确定 Buffer 的容量、 PUT、GET、MOVE 操作的个数；3 自行确定放数据的速度,取数据的速度；4 实时显示每个 Buffer 中数据的个数,已放入 Buffer 的数据个数,已取的数据个数；名师归纳总结 5程序运行终止,显示汇总数据：第 7 页,共 9 页a总的运行时间；bBuffer 中数据的个数；c已放入 BUFFER 的数据个数；d已放已取的数据个数；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - e 平均 buffer 中的数据个数；f；课题九、磁盘调度算法1、设计要求：要求设计一个程序,该程序模拟操作系统的磁盘调度；模拟仿真 FCFS、 SSTF、SCAN 、CSCAN 等磁盘调度算法,并对各算法进行性能分析；试方法 ；供应全面的输出结果；2、试验原理应供应良好的测试界面及测磁盘可供多个进程共享,当有多个进程要求拜访磁盘时,应采纳一种调度算法,以使 进程对磁盘的平均拜访时间最小,由于在拜访磁盘的时间中,主要是寻道时间,因此磁盘 调度的目标就是使磁盘的平均寻道时间最短；说明：可以依据题目的基本要求进行丰富的创意和想象；没有特殊指定,可以采纳Windows 环境也可采纳Linux 环境,选用Windows 环境的必需为图形界面,否就判为不及格,Linux 环境的以文本界面；开发语言不限,但软件代码必需有具体中文注释：每个方法要功能说明,关键算法要加注释说明；六、课程设计考核方式 课程设计成果评定的依据有设计文档资料、具体实现设计方案的程序及课程设计考勤 登记表,其中平常成果占总成果的 20%；优：有完整的符合标准的文档,文档有条理、文笔通顺,格式正确,其中有总体设计 思想的论述；程序完全实现设计方案,设计方案先进,软件牢靠性好；良：有完整的符合标准的文档,文档有条理、文笔通顺,格式正确；有完全实现设计 方案的软件,设计方案较先进；中：有完整的符合标准的文档,有基本实现设计方案的软件,设计方案正确；及格：有完整的符合标准的文档,有基本实现设计方案的软件,设计方案基本正确；不及格：没有完整的符合标准的文档,软件没有基本实现设计方案,设计方案不正 确；提交的电子文档和软件必需是由同学自己独立完成,发觉相同题目文档雷同者,老师 有权视其情形扣分或记零分；七、提交的资料 1、文档名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 课程设计报告,依据学号后两位 2、软件+姓名且组长在第一个的文件名储存；软件需供应加注释的源程序,并能正常运行；注：对于分析设计中未能实现的部分需要加以说明；对于软件中所参考的部分模块或 代码需要加以声明,并说明出处；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页