2013级操作系统课程设计要求

操作系统课程设计要求以下题目二选一完成：题目一编程序模拟银行家算法1.引言为了提高资源利用率,应采用动态分配资源的方法。但是，为了避免可能产生的死锁，在进行资源分配时，应采用某种算法来预测是否有可能发生死锁，若存在可能性，就拒绝企图获得资源的请求。预防死锁和避免死锁的不同在于，前者所采用的分配策略本身就否定了必要条件之一，这样就保证死锁不可能发生；而后者是在动态分配资源的策略下采用某种算法来预防可能发生的死锁，从而拒绝可能引起死锁的其个资源请求，银行家算法是避免死锁的一种重要方法。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。2.算法的原理银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。要解释银行家算法，必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。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。安全状态一定是没有死锁发生。不安全状态:不存在一个安全序列。不安全状态不一定导致死锁。那么什么是安全序列呢？安全序列：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(ji)我们可以把操作系统看作是银行家，操作系统管理的资源相当于银行家管理的资金，进程向操作系统请求分配资源相当于用户向银行家贷款。操作系统按照银行家制定的规则为进程分配资源，当进程首次申请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的申请量分配资源，否则就推迟分配。当进程在执行中继续申请资源时，先测试该进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和是否超过了该进程对资源的最大需求量。若超过则拒绝分配资源，若没有超过则再测试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量，若能满足则按当前的申请量分配资源，否则也要推迟分配。3．算法的实现3.1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。3.2算法思想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]=NEED[cusneed][i]，则转(2)；否则出错。(2)如果REQUEST[cusneed][i]=AVAILABLE[cusneed][i]，则转(3)；否则出错。(3)系统试探分配资源，修改相关数据：AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。3.3程序流程图银行家算法bank（）开始初始化Init（）提出请求request[i]Request[i]=need[i]eerorRequest[i]=available[i]Available[i]=available[i]-request[i]Allocation[i]=allocation[i]+request[i]Need[i]=need[i]-request[i]Safe()输出提问：同意分配请求是否再次进行分配eeror输出提示：你的请求被拒绝Available[i]=available[i]-request[i]Allocation[i]=allocation[i]+request[i]Need[i]=need[i]-request[i]退出程序银行家算法bank（）结束falsefalsetruetruefalsefalsetruetruefalseeeeee3.4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;如找到，执行(3)；否则，执行(4)(3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。Work+=ALLOCATION;Finish=true;GOTO2(4)如所有的进程Finish=true，则表示安全；否则系统不安全。3.5程序实现3.6实验结果题目二常用页面置换算法模拟实验一、实验目的通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。二、实验内容设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法计算访问命中率。1、最佳淘汰算法（OPT）2、先进先出的算法（FIFO）3、最近最久未使用算法（LRU）命中率＝１－页面失效次数／页地址流长度三、实验准备本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即首先用srand()和rand()函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。（1）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：A：50%的指令是顺序执行的B：25%的指令是均匀分布在前地址部分C：25%的指令是均匀分布在后地址部分具体的实施方法是：A：在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点mB：顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令C：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’D：顺序执行一条指令，其地址为m’+1E：在后地址[m’+2，319]中随机选取一条指令并执行F：重复步骤A-E，直到320次指令（2）将指令序列变换为页地址流设：页面大小为1K；用户内存容量4块到32块；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。四、实验原理（一）虚拟存储系统UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进行；一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；还支持请求调页的存储管理方式。当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。这种页面调入方式叫请求调页。为实现请求调页，核心配置了四种数据结构：页表、页框号、访问位、修改位、有效位、保护位等。（二）页面置换算法当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。整个页面的调入过程对用户是透明的。常用的页面置换算法有1.最佳置换算（OPT,OptimalReplacementAlgorithm）2.先进先出（FIFO,FisrtInFirstOut）3.最近最久未使用（LRU,LeastRecentlyUsed）（三）算法原理1.最佳置换算原理...2.先进先出原理...3.最近最久未使用原理...（四）编程实现...（五）实验结果分析...要求：1.补充完善上述实验内容，重点是编程实验和实验结果分析部份，实验结果分析要求程序运行截图和分析说明文本。2.参照下面格式撰写封面3.课程设计文档上交纸质文档。20131411班统一交给方梅20131412班统一交给张李健雄20131421班统一交给郭靖各班负责人于18周星期五（7月10日）前统一收齐交给姜老师，电话：[phone]