2022年东北大学操作系统实验报告.pdf

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1、东北大学操作系统实验报告计算机科学与工程学院实验报告实验课程名称操作系统实验实验成绩专业计算机科学与技术班级1507班指导教师签字学号2 姓名罗艺博实验报告批改时间实验项目目录1.实验一熟悉 Linux 系统2.实验二进程状态3.实验三进程同步与通信4.实验四进程的管道通信5.实验五页面置换算法精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告实验报告正文实验一熟悉 Linux 系统一、实验目的熟悉与掌握Linux 系统基

2、本命令 ,熟悉 Linux 编程环境 ,为以后的实验打下基础。二、实验原理基于 linux 系统的基础操作三、实验内容 (源码、注释、基础内容、扩展点等) 启动、退出、 ls(显示目录内容 )、cp(文件或目录的复制)、mv(文件、目录更名或移动)、rm(删除文件或目录 )、mkdir(创建目录 )、 rmdir(删除空目录 )、 cd(改变工作目录 )C 语言编辑、编译四、实验结果 (截图 ) ls mkdir: cd: rmdir: 实验二进程状态一、实验目的自行编制模拟程序,通过形象化的状态显示,使学生理解进程的概念、进程之间的状态转换及其所带来的 PCB 内容、组织的变化 ,理解进程与

3、其PCB 间的一一对应关系。二、实验原理1、 进程在内存中存在三种基本状态:就绪态、执行态、阻塞态2、 三种状态在满足某种条件时会发生转换: 就绪运行:调度程序选择一个新的进程运行运行就绪:运行进程用完了时间片运行进程被中断,因为一高优先级进程处于就绪状态运行阻塞:当一进程等待某一事件的发生时,如请求系统服务 ; 初始化 I/O 且必须等待结果; 无新工作可做 ; 等待某一进程提供输入(IPC) 阻塞就绪:当所等待的事件发生时三、实验内容 (源码、注释、基础内容、扩展点等) #include 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - -

4、 - - - - - - - -第 2 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告#include #include #include /for sort in vector using namespace std; class Pro /process class public: char name; string status; ; vector ru,re,bl; /ru-running,re-ready,bl-blocked /function declaration int helloUI(); int iniQ(); int showPCB(

5、); int ruTOre(); int ruTObl(); int blTOre(); int neTOre(); int ruTOex(); int helloUI() /start UI cout Hello!Welcome to come back 、 endl; cout #*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*# endl; cout endl; cout endl; return 0; int iniQ() /initialize the process int i; cout Please enter processes names and

6、their status、 endl; cout endl; for(i=0; i5; i+) /15 process a to o Pro process; char nam; string sta; cout Please enter i processes names 、 nam; process 、name = nam; cout Please enter processes status 、 endl; cout Status contains r1(running),r2(ready) and b(blocked)、 sta; process 、status = sta; if(s

7、ta = r1) /judge which status if(ru、size()1) ru、push_back(process); cout yes endl; else cout Error! endl; else if(sta = r2) re、push_back(process); else if(sta = b) bl、push_back(process); else cout Error! endl; cout endl; cout endl; showPCB(); return 0; int showPCB() int i; cout running:; for(i=0; iru

8、 、size(); i+) cout rui 、name ,; cout endl; cout ready:; for(i=0; ire 、size(); i+) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告 cout rei 、name ,; cout endl; cout blocked:; for(i=0; ibl 、size(); i+) cout bli 、name ,; cout endl; return

9、 0; int ruTOre() if(!ru、empty() /runningQueue is being used 、 re、push_back(ru、front(); /runnings first process go to readylast ru、erase(ru 、begin(); /delete runnings first process ru、push_back(re、front(); re、erase(re 、begin(); else cout Error in ruTOre endl; showPCB(); return 0; int ruTObl() if(!ru、

10、empty() /runningQueue is being used 、 bl、push_back(ru、front(); ru、erase(ru 、begin(); if(!re、empty() ru、push_back(re、front(); re、erase(re 、begin(); else cout Error in ruTObl1、 endl; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告 else c

11、out Error in ruTObl2、 running ru、push_back(re、front(); re、erase(re 、begin(); else cout Error in blTOre endl; showPCB(); return 0; int neTOre() int i; cout Please enter processes names and their status、 endl; cout endl; Pro process; char nam; string sta; cout Please enter processes names 、 nam; proce

12、ss 、name = nam; process 、status = r2; re、push_back(process); cout endl; cout endl; if(ru、empty() 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告 ru、push_back(re、front(); re、erase(re 、begin(); showPCB(); return 0; int ruTOex() if(!ru、em

13、pty() /runningQueue is being used 、 ru、erase(ru 、begin(); if(!re、empty() ru、push_back(re、front(); re、erase(re 、begin(); else cout Error in ruTOex1、 endl; else cout Error in ruTOex2、 endl; showPCB(); return 0; int main() int act; /choose action helloUI(); cout Please initialize the process、 endl; ini

14、Q(); while(1) cout endl; cout Please select the action to take、 endl; cout ready endl; cout blocked endl; cout ready endl; cout ready endl; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告cout exit act; if(act = 2) ruTOre(); else if(act

15、 = 3) ruTObl(); else if(act = 4) blTOre(); else if(act = 5) neTOre(); else if(act = 6) ruTOex(); else cout Error in select 、endl; cout # endl; cout endl; return 0; 拓展点 :五状态模型四、实验结果 (截图 ) 创建进程 : 状态 runningready: 状态 runningblocked: 状态 blockedready: 创建新进程 : 情况一有进程正在运行情况二无进程正在运行终止进程 : 实验三进程同步与通信一、实验目的调试

16、、修改、运行模拟程序,通过形象化的状态显示,使学生理解进程的概念,了解同步与通信的过程,掌握进程通信与同步的机制,特别就是利用缓冲区进行同步与通信的过程。通过补充新功能,使学生能灵活运用相关知识,培养创新能力。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告二、实验原理假定、缓冲区可以容纳8 个数据 ; 因为缓冲区就是有限的,因此当其满了时生产者进程应该等待;当消费者取走一个数据后,应唤醒正在等待的生产者进程; 当缓冲区

17、空时 ,消费者进程应该等待;当生产者向缓冲区放入了一个数据时,应唤醒正在等待的消费者进程。这就就是生产者与消费者之间的同步三、实验内容 (源码、注释、基础内容、扩展点等) 基础内容 :编写程序使其模拟两个进程,即生产者 (producer)进程与消费者(Consumer)进程工作 ;生产者每次产生一个数据,送入缓冲区中 ;消费者每次从缓冲区中取走一个数据。每次写入与读出数据时 ,都将读与写指针加一。当指针到达缓冲区尾,重新将指针退回起点; /*/ /* PROGRAM NAME: PRODUCER_CONSUMER */ /* This program simulates two proces

18、ses, producer which */ /* continues to produce message and put it into a buffer */ /* implemented by PIPE, and consumer which continues to get */ /* message from the buffer and use it、*/ /* The program also demonstrates the synchronism between */ /* processes and uses of PIPE、*/ /*/ #include #includ

19、e /#include #define PIPESIZE 8 #define PRODUCER 0 #define CONSUMER 1 #define RUN 0 /* statu of process */ #define WAIT 1 /* statu of process */ #define READY 2 /* statu of process */ #define NORMAL 0 #define SLEEP 1 #define AWAKE 2 #include /Process Control block struct pcb char *name; 精品资料 - - - 欢迎

20、下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告int statu; int time; ; /* times of execution */ /Buffer struct pipetype char type; /type int writeptr; /Write pointer int readptr; /Read pointer struct pcb *pointp; /* write wait point */ struct pcb *p

21、ointc; ; /* read wait point */ int pipePIPESIZE; /Buffer array struct pipetype pipetb; struct pcb process2; /number of producer - number of consumer,buffer、 count = 8:too many prodecers; number of times, ret-present status char in2; int runp(),runc(),prn(); pipetb、type = c; pipetb、writeptr = 0; pipe

22、tb 、readptr = 0; pipetb、pointp = pipetb 、pointc = NULL; processPRODUCER、name = Producer0; processCONSUMER、name = Consumer0; processPRODUCER、statu = processCONSUMER 、statu = READY; processPRODUCER、time = processCONSUMER 、time = 0; output = 0; printf(Now starting the program!n); printf( Press p1 to ru

23、n PRODUCER1, press p2 to run PRODUCER2 、n press c to run CONSUMER 、n); /PRODUCER1-product 1 new data, PRODUCER2-product 2 new data printf( Press e to exit from the program 、n); for(i=0;i1000;i+) in0=N; while(in0=N) scanf(%s,in); 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10

24、 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告if(in0!=e&in0!=p&in0!=c) /when not p,c,e continue in0=N; if(in0=p&processPRODUCER、statu=READY) /producer and ready if(in1 = 2) /producer2 int m; for(m=0;m 3) /the number of waitting producer over 4,waitqueue=4 printf(wrong!n); continue; if(countstatu=READY;

25、runc(process,pipe,&pipetb,CONSUMER); countr-; printf(countr=%dn,countr); if(countr=0) pipetb 、pointc=NULL; else if(in1 = 1) /producer1 if(countp 3) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告 printf(wrong!n); continue; if(countsta

26、tu=READY; runc(process,pipe,&pipetb,CONSUMER); countr-; printf(countr=%dn,countr); if(countr=0)pipetb 、pointc=NULL; if(in0=c&processCONSUMER、statu=READY) /consumer and ready if(ret=runc(process,pipe,&pipetb,CONSUMER)=SLEEP) /sleep pipetb、pointc = &processCONSUMER; if(ret=AWAKE) /awake (pipetb、pointp

27、)-statu=READY; output=(output+1)%100; runp(output,process,pipe,&pipetb,PRODUCER); countp-; printf(countp=%dn,countp); if(countp=0)pipetb 、pointp=NULL; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告 if(in0=p&processPRODUCER、statu=WAIT

28、) /producer and wait if(in1 = 2) /producer2 int m; for(m=0;m 3) printf(wrong!n); printf(PRODUCER is waiting, cant be scheduled 、n); continue; countp+; printf(countp=%dn,countp); else if(in1 = 1) /producer1 if(countp 3) printf(wrong!n); printf(PRODUCER is waiting, cant be scheduled 、n); continue; cou

29、ntp+; printf(countp=%dn,countp); printf(Look out 、n); /printf(PRODUCER is waiting, cant be scheduled、n); if(in0=c&processCONSUMER、statu=WAIT) /consumer and wait if(countr 3) printf(wrong!n); printf(CONSUMER is waiting, cant be scheduled 、n); 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - -

30、- - - - -第 13 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告continue; countr+; printf(countr=%dn,countr); printf(Look out!n); /printf(CONSUMER is waiting, cant be scheduled、n); if(in0=e) exit(1); prn(process,pipe,pipetb); in0=N; runp(out,p,pipe,tb,t) /* run producer */ int out,pipe,t; struct pcb p; struc

31、t pipetype *tb; pt 、statu=RUN; printf(run PRODUCER 、 product %d ,out); if(count=8) /buffer over 8 pt、statu=WAIT; return(SLEEP); tb-writeptr=tb-writeptr%8; /only has 01234567 pipetb-writeptr=out; /change tb-writeptr+; printf(writeptr%dn,tb-writeptr); count+; printf(count=%dn,count); pt 、time+; /print

32、f(time+%dn,pt、time); pt 、statu=READY; if(tb-pointc)!=NULL) /printf(返回 AWAKE); return(AWAKE); return(NORMAL); 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告runc(p,pipe,tb,t) /* run consumer */ int pipe,t; struct pcb p; struct pipetype

33、 *tb; int c; pt 、statu = RUN; printf(run CONSUMER 、 ); if(countreadptr; pipetb-readptr=0; tb-readptr+; tb-readptr=tb-readptr%8; printf(readptr=%dn,tb-readptr); printf( use %d ,c); count-; printf(count=%dn,count); pt 、time+; /printf(time+%dn,pt、time); pt 、statu=READY; if(tb-pointp!=NULL) /printf(返回 A

34、WAKEn); return(AWAKE); return(NORMAL); prn(p,pipe,tb) int pipe; struct pipetype tb; struct pcb p; int i; printf(n ); for(i=0;iPIPESIZE;i+) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告printf(- ); printf(n |); for(i=0;iPIPESIZE;i+) /

35、pipe inside if(pipei!=0) /pipei has something printf( %2d |,pipei); else printf( |); printf(n ); for(i=0;i=1) /number of producer =1 printf(%d PRODUCER wait ,countp); else printf(PRODUCER ready ); if(pCONSUMER 、statu=WAIT)|countr=1) printf(%d CONSUMER wait ,countr); else printf(CONSUMER ready ); pri

36、ntf(n); printf(n#n); 拓展点 :设置了等待队列的长度,并显示等待队列内部情况四、实验结果 (截图 ) 生产者 : 情况一正常生产情况二超过缓冲区情况三超过等待队列消费者 : 情况一正常情况二无产品可消费又开始生产 : 实验四进程的管道通信精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告一、实验目的加深对进程概念的理解,明确进程与程序的区别; 学习进程创建的过程,进一步认识并发执行的实质; 分析进程争

37、用资源的现象,学习解决进程互斥的方法; 学习解决进程同步的方法; 掌握 Linux 系统进程间通过管道通信的具体实现方法。二、实验原理1、基本概念 : 进程的概念 ;进程与程序的区别;并发执行的概念进程互斥的概念;进程通信的基本原理2、系统调用 : 设置系统调用号:设置多条系统调用命令,并赋予每条系统调用命令一个唯一的系统调用号处理系统调用:OS 中有一张系统调用入口表,表中每个表目对应一条系统调用命令,包含该系统调用自带参数的数目、系统调用命令处理程序的入口地址等。OS 内核便就是根据所输入的系统调用号在该表中查找到相应的系统调用,进而转入它的入口地址去执行系统调用程序。Linux 的系统调

38、用机制:通过中断机制实现三、实验内容 (源码、注释、基础内容、扩展点等) #include #include #include #include #include int main() int pid1,pid2,pid3; int fd2; char outpipe50,inpipe50; pipe(fd); while (pid1=fork() = -1); if(pid1 = 0) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大

39、学操作系统实验报告printf(s1n); lockf(fd1,1,0); / printf(s11n); sprintf(outpipe,I am the 1st!); write(fd1,outpipe,50); sleep(3); lockf(fd1,0,0); /sleep(2); exit(0); else while(pid2=fork() = -1); if(pid2 = 0) printf(s2n); / if(pid1 != 0) / wait(0); / printf(s22n); lockf(fd1,1,0); /printf(f1); sprintf(outpipe,I

40、 am the 2nd!); write(fd1,outpipe,50); sleep(2); lockf(fd1,0,0); /sleep(2); exit(0); else while(pid3=fork() = -1); if (pid3 = 0) printf(s3n); lockf(fd1,1,0); sprintf(outpipe,I am the 3rd!); write(fd1,outpipe,50); sleep(2); lockf(fd1,0,0); 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - -

41、- - -第 18 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告exit(0); else wait(0); read(fd0,inpipe,50); printf(%s n,inpipe); / printf(f1); wait(0); read(fd0,inpipe,50); / printf(f2); printf(%s n,inpipe); wait(0); read(fd0,inpipe,50); printf(%s n,inpipe); exit(0); return 0; 四、实验结果 (截图 ) 三次运行顺序不同 : 实验五页面置换算法一、

42、实验目的进一步理解父子进程之间的关系理解内存页面调度的机理掌握页面置换算法的实现方法通过实验比较不同调度算法的优劣培养综合运用所学知识的能力页面置换算法就是虚拟存储管理实现的关键,通过本次试验理解内存页面调度的机制,在模拟实现 FIFO 、LRU 等经典页面置换算法的基础上,比较各种置换算法的效率及优缺点,从而了解虚拟存储实现的过程。将不同的置换算法放在不同的子进程中加以模拟,培养综合运用所学知识的能力。二、实验原理精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 19 页，共 28 页 - - - - -

43、 - - - - - 东北大学操作系统实验报告1、FIFO 算法:FIFO 表示先进先出 , 类似于对列 ,在数据的结构上使用对列来实现。结构图 : (1) 新访问的数据插入FIFO队列尾部 , 数据在 FIFO 队列中顺序移动; (2) 淘汰 FIFO 队列头部的数据; 2、LRU算法 :LRU 表示很少使用算法, 其核心思想就是“如果数据最近被访问过, 那么将来被访问的几率也更高。最常见的实现就是使用一个链表保存缓存数据, 结构图如下 :(1) 新数据插入到链表头部; (2) 每当缓存命中 ( 即缓存数据被访问), 则将数据移到链表头部; (3) 当链表满的时候, 将链表尾部的数据丢弃。三

44、、实验内容 (源码、注释、基础内容、扩展点等) #include #include #include #include #include #include #include #include #define total_instruction 20 /Tatal Page Hits /LRU int LRU(int Acess_series) int M_Frame3; /memory int M3; /Record whether memory is hited float diseffect = 0; int p = 0; /p-where to use /initialize memor

45、y for (int i = 0; i 3; i+) M_Framei = 0; Mi = 0; /sleep(2); printf( nStart LRU!n); for (int i = 0; i hit if (M_Frame0 = Acess_seriesi) M0 = -1; /page fault else M_Frame1 = Acess_seriesi; diseffect+; p+; /1 empty else if (p = 2) /0-hit if (M_Frame0 = Acess_seriesi) M_Frame0 = M_Frame1; M_Frame1 = Ace

46、ss_seriesi; M0 = -1; /1-hit else if (M_Frame1 = Acess_seriesi) M1 = -1; /page fault else M_Frame2 = Acess_seriesi; diseffect+; p+; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 21 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告 /all used else /0-hit if (M_Frame0 = Acess_seriesi) M_F

47、rame0 = M_Frame1; M_Frame1 = M_Frame2; M_Frame2 = Acess_seriesi; M0 = -1; /1-hit else if (M_Frame1 = Acess_seriesi) M_Frame1 = M_Frame2; M_Frame2 = Acess_seriesi; M1 = -1; /2-hit else if (M_Frame2 = Acess_seriesi) M2 = -1; /page fault else M_Frame0 = M_Frame1; M_Frame1 = M_Frame2; M_Frame2 = Acess_s

48、eriesi; diseffect+; /print memory printf(|); for (int j = 0; j where to use /initialize memory for (int i = 0; i 3; i+) M_Framei = 0; /sleep(2); printf( nStart FIFO!n); for (int i = 0; i total_instruction; i+) /all empty if (p = 0) M_Frame0 = Acess_seriesi; diseffect+; p+; /2 empty else if (p = 1) /

49、page fault if (M_Frame0 != Acess_seriesi) M_Frame1 = Acess_seriesi; diseffect+; p+; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 23 页，共 28 页 - - - - - - - - - - 东北大学操作系统实验报告/hit else M = 1; /1 empty else if (p = 2) /hit if (M_Frame0 = Acess_seriesi | M_Frame1 = Acess_seriesi)

50、 M = 1; /page fault else M_Frame2 = Acess_seriesi; diseffect+; p+; /all used else /hit if (M_Frame0 = Acess_seriesi | M_Frame1 = Acess_seriesi | M_Frame2 = Acess_seriesi) M = 1; /page fault else M_Frame0 = M_Frame1; M_Frame1 = M_Frame2; M_Frame2 = Acess_seriesi; diseffect+; /print memory printf(|);