《计算机操作系统》实验指导书 (1)

《计算机操作系统》实验指导书实验类别：课内实验实验课程名称：计算机操作系统实验室名称：计算机科学与技术专业实验室实验课程编号：N02140113总学时：8学分：4.5适用专业：软件工程先修课程：计算机导论及操作、计算机硬件实验一进程同步控制1、开发语言及实现平台或实验环境C++/JAVATurboC/MicrosoftVisualStudio6.0/MicrosoftVisualStudio.NET20102、实验目的（1）加强对进程概念的理解,尤其是对进程的同步与互斥机制的理解。（2）分析进程竞争资源的现象，学习解决进程互斥与同步的方法。3、实验要求（1）理解利用进程控制机制；（2）理解利用信号量进行进程同步控制原理；（3）使用某种编程语言进行模拟实现生产者-消费者进程。4、实验原理（注意：这个仅是个例子，仅供参考）生产者-消费者问题描述的是：有一群生产者进程在生产产品，并将这些产品提供给消费者进程去消费。为使生产者进程与消费者进程能够并发执行，在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程将它所生产的产品放入一个缓冲区中；消费者进程可以从一个缓冲区中取走产品去消费。尽管所有的生产者和消费者进程都是以异步方式运行的，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品；也不允许生产者进程向一个已经装满产品的缓冲区中投放产品。这是一个同步与互斥共存的问题。生产者—消费者问题是一个同步问题。即生产者和消费者之间满足如下条件：(1)消费者想接收数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是满的。(2)生产者想发送数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是空的。故设置两个信号量：(1)empty：说明空缓冲区的数目，初值为有界缓冲区的大小N。(2)full：说明已用缓冲区的数目，初值为０。由于有界缓冲区是临界资源，因此，各生产者进程和各消费者进程之间必须互斥执行。故设置一个互斥信号量mutex，其初值为１。5、实验步骤参考实验代码如下：classQ{Stringname;intnum=0;intsize=10;}classProducerimplementsRunnable{Qq;Producer(Qq){this.q=q;this.q.name=producer;}publicvoidrun(){while(true){synchronized(q){if(q.numq.size){q.num++;System.out.println(producer已生产第：+q.num+个产品!);try{Thread.currentThread().sleep(100);}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}q.notify();}else{try{System.out.println(producerstop!);q.wait();}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}}}}}classConsumerimplementsRunnable{Qq;Consumer(Qq){this.q=q;this.q.name=consumer;}publicvoidrun(){while(true){synchronized(q){if(q.num0){System.out.println(consumer要消费第：+q.num+个产品!);q.num--;try{Thread.currentThread().sleep(100);}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}q.notifyAll();}else{try{System.out.println(consumerstop!);q.wait();}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}}}}}publicclassproject{publicstaticvoidmain(String[]args){Qq=newQ();newThread(newProducer(q)).start();newThread(newConsumer(q)).start();}}实验二进程调度实验1、开发语言及实现平台或实验环境C++/JAVATurboC/MicrosoftVisualStudio6.0/MicrosoftVisualStudio.NET20102、实验目的（1）加深对进程的概念及进程调度算法的理解；（2）在了解和掌握进程调度算法的基础上，编制进程调度算法通用程序，将调试结果显示在计算机屏幕上，并检测机算和笔算的一致性。3、实验要求（1）了解进程调度；（2）理解利用进程调度算法进行调度的原理；（3）使用某种编程语言进行算法模拟。4、实验原理（注意：这个仅是个例子，可以参考本例，选择其他算法进行实验）一、例题：设计一个有N个进程的进程调度算法。进程调度算法：采用最高优先数的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）。每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制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。进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为的指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为进程的输入的时间。进程的运行时间以时间片为单位进行计算。每个进程的状态可以是就绪W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。就绪进程获得CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1表示。如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤销该进程，如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间还未达到所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应该将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的PCB，以便进行检查。重复以上过程，直到所要的进程都完成为止。分析:使用固定队列与静动态优先级结合每个优先级为0~0xFF,并且以小的数字为高优先级，大的数字为低优先级，每次皆使用循环得到最高优先级的进程并执行，然后将其动态优先级设置为最低，并将其他进程动态优先级提高，以使得每个进程都有机会运行。进程的优先级与运行时间由随机数产生。二、代码试例#includestdlib.h#includestdio.h#includetime.h/*常量和状态定义*/#definePRO_NUM0x05#defineMAX_TIME0xFF/*状态宏*/#defineWAIT0x01#defineRUN0x02Y已达到未达到N开始初始化PCB，输入进程信息各进程按优先数从高到低排列就绪队列空？结束就绪队列首进程投入运行时间片到，运行进程已占用CPU时间＋1运行进程已占用CPU时间达到所需的运行时间？进程完成撤销该进程使运行进程的优先数减1把运行进程插入到就绪队列#defineFINISH0x03#defineID_ERROR0x10#defineMIN_PRIOR0xFF#defineMAX_PRIOR0x00typedefunsignedintUint32;/*进程PCB*/structPCB_Info{Uint32s_id;Uint32s_static_prior;Uint32s_dynamic_prior;Uint32s_start_time;Uint32s_need_time;Uint32s_used_time;Uint32s_state;};/*进程队列*/PCB_Infog_queue[5];Uint32g_time;/*模拟进程执行函数*/voidSimulator();/*初始化5个进程函数*/voidInit_Process();/*初始化进程队列函数*/voidInit_Queue();/*创建进程函数*/Uint32Create_Process(Uint32pri,Uint32needtime);/*系统运行函数*/voidRun_Process();/*得到最高优先级进程ID函数*/Uint32Get_PriProcess();/*进程时间片执行函数*/voidWork_Process(Uint32id);/*改变进程状态和优先级函数*/voidChange_Process(Uint32id);/*打印进程状态函数*/voidPrint_State();/*结束系统函数*/voidEnd_Process();/*入口函数*/intmain(intargc,char*argv[]){Simulator();return0;}voidSimulator(){Init_Process();Run_Process();End_Process();}voidInit_Process(){inti;Uint32id;srand((unsigned)time(NULL));Init_Queue();for(i=0;iPRO_NUM;++i){/*在这里修改随机数的范围，建议优先级取值为0到4之间，进程工作总时间为1到10之间*/id=Create_Process(rand()%4,1+rand()%10);if(id!=ID_ERROR){printf(**********************************\n);printf(创建进程成功\n);printf(进程ID号为:%d\n,id);printf(进程的静态优先权为:%d\n,g_queue[id].s_static_prior);printf(进程的动态优先权为:%d\n,g_queue[id].s_dynamic_prior);printf(进程的到达时间为:%d\n,g_queue[id].s_start_time);printf(进程需要时间为:%d\n,g_queue[id].s_need_time);printf(进程已用CPU时间为:%d\n,g_queue[id].s_used_time);printf(进程的状态为:%d\n,g_queue[id].s_state);printf(\n);}else{printf(创建进程失败\n);}}}voidInit_Queue(){inti;for(i=0;iPRO_NUM;++i){g_queue[i].s_id=i;g_queue[i].s_dynamic_prior=MIN_PRIOR;g_queue[i].s_need_time=0;g_queue[i].s_start_time=0;g_queue[i].s_static_prior=MIN_PRIOR;g_queue[i].s_used_time=0;g_queue[i].s_state=FINISH;}}Uint32Create_Process(Uint32pri,Uint32needtime){inti=0;Uint32id=ID_ERROR;for(i=0;iPRO_NUM;++i){if(g_queue[i].s_state==FINISH){id=g_queue[i].s_id;g_queue[i].s_dynamic_prior=MIN_PRIOR;g_queue[i].s_need_time=needtime;g_queue[i].s_start_time=g_time;g_queue[i].s_state=WAIT;g_queue[i].s_static_prior=pri;g_queue[i].s_used_time=0x0;break;}}returnid;}voidRun_Process(){Uint32id;while((id=Get_PriProcess())!=ID_ERROR){Work_Process(id);Change_Pro