操作系统课程设计

中南大学操作系统课程设计实验报告题目：多用户多任务的类操作系统学院：信息科学与工程学院姓名：班级：日期：2014/07目录一、概述二、课程设计要求三、设计的基本原理和概念四、总体设计：实现的方法和主要技术路线1．总体功能模块图2．总体功能流图五、详细设计：1.模块内部的流程2.实现算法3.运行结果六、完成的情况七、使用说明八、实验总结九、参考文献十、附件：源程序代码一、概述操作系统课程主要讲述的内容是多道操作系统的原理与技术，与其它计算机原理、编译原理、汇编语言、计算机网络、程序设计等专业课程关系十分密切。本课程设计的目的综合应用学生所学知识，建立系统和完整的计算机系统概念，理解和巩固操作系统基本理论、原理和方法，掌握操作系统开发的基本技能。二、课程设计要求采用VC、VB、java或C等编程语言，模拟开发一个多用户多任务的类操作系统软件。要求如下：1.模拟进程调度算法，模拟各种进程调度算法，并能管理各种进程调度算法的演示过程。2.模拟各种内存分配算法及回收过程，并能动态演示。结合进程调度算法，能为进程模拟分配内存，并设计一个跟踪该内存模拟分配的进程或线程，记录内存分配的结果；3.模拟多用户登录管理过程，能允许多个用户登录，为每个用户建立进程或线程，并进行进程管理；4.能模拟文件系统管理，进程可以对文件系统（包括文件和目录）进行读、写、创建、删除、打开、关闭等操作；5.模拟磁盘管理过程，结合文件系统管理，显示磁盘管理的结构和文件在磁盘上的分布情况。6.能模拟进程通信管理，用户之间可以相互通信交流；7.最好能采用类似于Windows的窗口界面。三、设计的基本原理和概念本系统软件是模拟操作系统的整个工作过程，主要功能包括多用户登录管理，文件与用户管理，进程与存储管理，以及系统进程管理。多用户操作系统允许多个不同用户同时使用计算机的资源。操作系统必须确保均衡地满足各个用户的要求，他们使用的各个程序都具有足够且独立的资源，从而使一个用户的问题不会影响到整个用户群。在本系统中,将用户分为管理员用户和普通用户。登陆时可选择，若选择管理员用户登陆，则对各用户有管理权限（添加或删除），对文件系统不仅有读写权限，还能新建、删除、修改文件或目录等；若选择普通用户登陆，则只能查看用户，且只能读文件。多用户多级目录的文件系统：通过具体的文件存储空间的管理、文件的物理结构、目录结构和文件操作的实现，加深对文件系统内部功能和实现过程的理解。在本系统中，文件与用户管理相结合，实现了以下几项功能：查看文件目录结构、文件属性、磁盘属性、磁盘块分配位示图、索引节点分配位示图、用户管理（管理员有该权限），查看用户、新建文件/目录（管理员权限）、删除文件/目录（管理员权限），读写文件（普通用户只读）。进程与存储管理系统：即模拟cpu调度和内存分配。作业进入内存中，由CPU分配产生PCB属性，并通过PCB记录进程状态，实验即以PCB代表进程模拟调度过程；在多道系统中，多道系统中，当就绪进程数大于处理机数时，须按照某种策略决定哪些进程优先占用处理机，本实验采用优先级；进程调度时，规定若就绪队列进程数少于6个，则自动从后备队列调入一个作业；系统会将占有较多资源、预期结果不符合要求的进程自动挂起，并回收所占资源，而本实验设置为手动挂起；在适宜条件下，系统会将挂起的进程自动解挂，而且只解挂到就绪队列；本实验为简化操作，设置为手动解挂，若解挂条件合适（即CPU各种资源可用），则解挂到就绪队列，并分配内存；若解挂条件不适宜，则解挂至后备队列，但不分配内存。系统进程管理器：即任务管理器。操作系统是一个介于软件和硬件之间的特殊硬件，一方面分配硬件资源另一方面支持软件在它上面的实现，如何实时地监控和掌握系统软硬件工作的状态、资源分配和使用的情况，对计算机用户而言十分重要，于是就有了任务管理器这样的实时监控窗口。通过这个窗口我们可以了解到电脑所有进程运行状况，并对运行的进程加于管理和控制，正如在本系统中，启动进程管理器后，可以通过”获取进程”功能来获得本计算机启动的进程，以及与该进程相关的信息，其中包括的信息有：进程映像名称，进程的PID、会话名称、会话次数以及内存使用，我们可以通过这些信息来了解计算机中每个进程的使用状况。同时我们可以在进程管理器上选中一个要终止的的进程，右击选择关闭方式，如“根据名称关闭进程”或“根据PID关闭进程”功能按钮，该进程被终止执行并退出进程列表，此按钮实现的功能正如我们电脑任务管理器的“进程”功能，当电脑执行程序不能通过关闭窗口进行正常的关闭时，可以借助此办法来关闭进程。其中还包括了关闭进程树和刷新进程列表的功能。磁盘管理：磁盘格式化时，系统把磁盘存储空间分成许多磁道。每个磁道又分成若干个扇区（又叫做磁盘块）。之后用fdisk命令对硬盘进行分区，即使只有一个分区，也必须用fdisk命令进行分区。分区的目的，就是制作文件卷，形成文件系统。一个文件卷一般都被划分成引导扇区、文件系统管理区和文件数据区。其中，文件数据区用来存放系统文件和用户文件。用户可以通过文件系统提供的API，创建、打开、关闭和对文件进行读写。当用户的文件不再需要时，就应该删除。把一个文件放到磁盘上时，可以组织成连续文件、链接文件或索引文件等。因此，磁盘空间的分配方法也有两种，一种是连续空间的分配，一种是不连续空间的分配（又叫动态分配）。四、总体设计1．总体功能模块及关系图2．总体功能流图多用户多任务类操作系统多用户登陆界面文件与用户管理进程与存储管理系统进程管理磁盘管理开始文件与用户管理初始化登陆界面文件及目录管理系统进程管理进程与存储管理管理员用户登陆？查看及管理用户磁盘属性及分配任务管理器进程调度算法内存分配算法进程控制五、详细设计（一）多用户操作系统（1）数据结构及主要函数publicclassLoginViewextendsJFrame{JFramejframe=newJFrame(欢迎登陆系统);privateFilesysServerfss1=null;intsw=(int)Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenSize().getWidth();intsh=(int)Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenSize().getHeight();publicLoginView(FilesysServerfss){this.fss1=fss;//初始化面板JPanelloginPanel=newJPanel();JLabeltitleJLable=newJLabel();titleJLable.setText(欢迎登陆系统);titleJLable.setSize(500,200);//用户面板JPaneluserPanel=newJPanel();userPanel.setLayout(null);JButtonadminButton=newJButton();adminButton.setText(管理员用户登陆);JButtonuserButton=newJButton();userButton.setText(普通用户登陆);。。。。。。}（二）文件与用户管理本系统分两种用户：管理员用户和普通用户，实现文件系统的模拟管理与查看过程。管理员用户对文件系统可以进行创建用户、删除用户、创建文件、删除文件、创建目录、删除目录、读文件、写文件、打开文件、关闭文件、显示目录等操作；普通用户只能读文件和查看用户。并且加入磁盘管理功能，在查看/创建/删除文件等操作时时，显示文件属性、磁盘属性、磁盘分配情况。索引节点分配情况，动态实时的掌握内存分配。（1）数据结构及主要函数publicclassMyFile{publicintfsize;publicStringfname;publicStringftime;publicStringfcont;publicintfownid;publicintfgrpid;publicintfmode;}publicclassDir{//文件名36B//TOTAL36BpublicStringfname;//文件名15Bpublicintfindex;//INODE号3BpublicStringpname;//父文件名15Bpublicintpindex;//父INODE号3B}publicclassDisk{publicfinalstaticintDISKSIZE=100*512;//磁盘大小publicfinalstaticintINUM=80;//inode数量publicfinalstaticintBNUM=100;//块数量512B*100=51200BpublicfinalstaticintBSIZE=512;//块大小publicfinalstaticintISIZE=64;//inode大小64B*80=5120BpublicfinalstaticintDSIZE=36;//dir大小36B*14~~512BpublicfinalstaticintBASEB=11;//不能使用的块}publicclassInode{//索引节点信息64B//TOTALNOW59Bpublicintfsize;//文件大小6Bpublicintfblock;//文件块数6Bpublicintfaddr[];//直接块号4*3Bpublicintfadd1;//一级块号3Bpublicintfownid;//所有者ID6Bpublicintfgrpid;//所在组ID6Bpublicintfmode;//文件类型权限6B(d/-+二进制)publicStringftime;//最近修改时间14B(20XXXXXXXXXX)publicInode(){faddr=newint[4];}}publicclassSuperBlock{publicintbitindex[];//空余块位示图100Bpublicintbitblock[];//空余节点位示图120Bpublicintfreindex;//剩余的节点5Bpublicintfreblock;//剩余的块5B}（2）流程图NY查看文件及目录文件浏览器新建文件磁盘管理查看与管理用户管理员用户？删除文件新建目录磁盘属性添加用户删除用户查看用户读/写文件删除目录磁盘块分配文件属性索引节点分配查看文件及目录磁盘管理查看与管理用户文件属性读文件查看用户磁盘属性磁盘块使用情况索引节点使用情况（三）进程与存储管理3.1进程控制：利用简单的结构和控制方法模拟进程结构、进程状态和进程控制。用PCB表示整个进程实体，利用随机数方法或键盘控制方法模拟进程执行中产生的事件。或者利用鼠标或者键盘中断的基于图形接口方式的进程控制管理。（1）数据结构:publicclassPCB{privateintPID;//进程idprivateinttimeNeed;//运行所需的时间privateintpriority;//进程的优先级privateintstate;//所处于的状态5个privateintmemoryNeed;//所需内存privateintstartLocation;//开始的位置privatePCBnext;//下一个进程控制块的句柄privateColorcolor;//颜色privateintpecent;//执行的百分比publicfinalstaticintstate_running=0;//状态标志位0表示运行1表示就绪2表示挂起3表示后备4表示解挂publicfinalstaticintstate_ready=1;//就绪publicfinalstaticintstate_hang=2;//挂起publicfinalstaticintstate_reserve=3;//后备publicfinalstaticintstate_resume=3;//解挂publicfinalstaticintstate_block=4;//阻塞pub