《计算机操作系统》实验指导书Word文档下载推荐.docx

《计算机操作系统》实验指导书Word文档下载推荐.docx

《《计算机操作系统》实验指导书Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《计算机操作系统》实验指导书Word文档下载推荐.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

理解操作系统的接口功能；

掌握Linux操作系统的常用命令；

掌握vi编辑器的使用。

进程管理

4

加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别；

进一步认识并发执行的实质；

分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。

3

进程调度

通过编程熟悉进程控制块和进程组织方式；

熟悉进程调度的概念和时间片轮转调度算法。

进程间通信

验证Linux系统的进程通信机构（IPC）允许在任意进程间大批计算机量地交换数据。

实验的目的是了解和熟悉Linux支持的消息通信机制、共享存储区机制及信息量机制。

5

存储管理实验

设计

通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。

四、教材与参考资料

教材：

参考书：

汤小丹主编《计算机操作系统》（第四版），西安电子科学出版社，2007年

参考资料：

[1]任爱华等编著《操作系统实验指导》，清华大学出版社，2004年

[2]周苏编著《操作系统原理实验》，科学出版社，2004年

[3]孟静编著《操作系统题解与实验指导》，高等教育出版社，2002年

五、教学资源

多媒体实验室，实验指导，现场投影设备，linux，unix软件等。

六、考核评价

考核方式以提交的实验报告为主，考核成绩由平时成绩和实验报告两部分组成。

要求随时检查学生考勤，批改实验报告，对于上机实验，可以采用学生相互批阅、小组讨论的形式批阅学生作业，并对存在的问题及时给予反馈。

以上两个成绩累计60分以上（包括60分）算考核通过。

第一部分实验环境及所用系统函数介绍

DOS操作系统是单道操作系统，无法进行多道程序设计，Windows环境下的VisualC++虽然也可用于多道程序设计，但是并不是完全的多道，因为它也可用于DOS编程。

所以我们的实验选用Linux操作系统。

Linux操作系统是一个类UINX操作系统，是一个纯多道并发的网络操作系统。

1.1Linux操作系统简介

Linux是一个多用户操作系统，是UNIX的一个克隆版本（界面相同但内部实现不同），同时它是一个自由软件，是免费的、源代码开放的，这是它与UNIX的不同之处。

现在，Linux凭借优秀的设计，不凡的性能，加上IBM、Intel、CA、CORE、Oracle等国际知名企业的大力支持，市场份额逐步扩大，已成为与Windows和UNIX并存的三大主流操作系统之一。

1.2Linux的使用

1.2.1vi的使用

1）vi的简单应用

vi是linux环境下赫赫有名的文本编辑工具之一。

进入vi编辑器的方法：

vifilename.c注：

文件名必须带有扩展名.c，如filename.c否则无法通过编译；

进入vi后要按：

按“i”键从命令方式切换到输入方式；

从输入方式切换到命令方式的方法：

按“Esc”键

保存文件:

w

保存文件并退出:

wq

不保存文件退出:

q!

注：

以上操作必须在命令方式下进行。

2）其他常用vi操作命令

j,k,h,l:

上下左右

0：

行首

$:

行尾

ctrl+f 

:

后翻页

ctrl+b:

前翻页

G 

文件尾

数字G:

数字所指定行

i,I 

插入命令，i 

在当前光标处插入， 

I 

行首插入

a,A:

追加命令，a 

在当前光标后追加，A 

在行末追加

o,O:

打开命令，o 

在当前行下打开一行，O在当前行上插入一行

x:

删除光标处字符

dd:

删除当前行

d0:

删除光标前半行

d$:

删除光标后半行

r,R 

替换命令，r 

替换当前光标处字符，R从光标处开始替换

/string：

查找字符串

n：

继续查找

N：

反向继续查找

% 

：

查找对应括号

u 

取消上次操作

1.2.2gcc的使用

gcc是linux下的一种c程序编译工具，使用方法如下（有提示符#的情况）：

编译：

gcc–ofilename1filename.c

其中:

filename.c是源文件名，filename1是目标文件名，o代表object

执行：

./filenamel

示例：

键入一简单的程序：

viab.c按回车键输入以下代码段，

#include<

stdio.h>

unisted.h>

main（）

{printf（“aaaa”）;

}

按ESC键，再按“:

WQ”（W是保存，Q是退出）

出现提示符：

[root@GGG-LINUXroot]#

键入：

gcc–oabab.c进行编译。

执行：

./ab

1.2.3主要系统调用函数

1）系统调用fork（）

功能：

创建一个新的进程.

头文件：

#include<

unistd.h>

说明:

本系统调用产生一个新的进程,叫子进程,是调用进程的一个复制品.调用进程叫父进程,子进程继承了父进程的几乎所有的属性。

（1）该子进程继承了父进程的程序空间，复制了父进程的数据段和栈段。

也就是说不管是父进程还是子进程，在占有处理机后，都从fork（）调用的返回点开始运行;

（2）调用成功则对父进程返回子进程标识号pid；

（3）调用成功对子进程返回0,这也是最方便的区分父子进程的方法。

（4）若调用失败则返回-1给父进程,子进程不生成。

注意：

如果fork（）值>

0,>

0的数即是子进程号。

但这时是父进程占有处理机。

2）系统调用wait（&

status）

功能:

等待子进程结束。

（1）当有多个子进程时，任一个子进程结束即将控制返回调用者，并将子进程调用exit（status）时的status值送到&

status指针所指单元中。

（2）在控制返回调用者时，同时将所等到的子进程pid作为wait（）系统调用函数的返回值。

（3）waitpid（pid，…）：

等待pid所指定的进程结束。

（4）返回值：

等待到一个子进程返回时，返回值为该子进程号；

否则返回值为–1。

允许调用进程（即父进程）取得子进程的状态信息，调用进程将会挂起直到其一个子进程终止。

3）系统调用exit（）

终止进程.

语法:

#include<

stdlib.h>

voidexit（status）

intstatus

调用进程被该系统调用终止。

该系统调用发出后，操作系统将从系统中删除调用exit的进程，并将status值传给等待它结束的父进程。

返回值:

无

4）系统调用kill（）

向一个或一组进程发送一个信号。

signal.h>

intkill（pid,sig）;

pid_tpid;

intsig;

向一个或一组进程发送一个信号,该信号由参数sig指定，为系统给出的信号表中的一个。

Sig是signal的缩写。

调用成功则返回0，否则返回-1.

kill-STOP[pid]：

发送SIGSTOP（17,19,23）停止一个进程，而并不消灭这个进程。

kill-CONT[pid]：

发送SIGCONT（19,18,25）重新开始一个停止的进程。

kill-KILL[pid]：

发送SIGKILL（9）强迫进程立即停止，并且不实施清理操作。

kill-9-1：

终止拥有的全部进程。

SIGKILL和SIGSTOP信号不能被捕捉、封锁或者忽略。

5）系统调用lockf（）

应用、检测或删除打开文件的一个POSIX锁

语法：

intlockf（intfd,intcmd,off_tlen）;

说明：

应用、检测或删除打开文件某部分的一个POSIX锁，文件通过fd指明，文件的描述符的请求操作通过cmd指明。

#defineF_ULOCK0解锁一个区域

#defineF_LOCK1上锁一个区域

#defineF_TLOCK2检测并上锁一个区域

#defineF_TEST3检测一个区域是否上锁

文件上锁区域的请求起始于隐含的偏移并包好len字节，假如len为负，从pos…pos+len-1，这里pos为当前文件位置，假如len为零，则位置从当前文件位置延伸延伸到无限长，包括当前和以后的文件最后的位置。

在所有情况下，位置可延伸到以前当前的文件的最后位置。

在Linux中，这称为fcntl

（2）的接口（一般会指明lockf和fcntl的关系）。

6）系统调用pipe（）

是用来建立管道的。

intpipe（intfd[2]）;

这里fd[1]为写入端，fd[0]为读出端。

从管道里写或从管道里读。

第二部分实验内容

实验一熟悉LINUX基本命令及编程环境

1、实验类型

本实验为验证性实验。

2、实验目的与任务

1）熟悉使用Linux字符界面，窗口系统的常用命令；

2）熟悉运用Linux常用的编程工具；

3）熟悉运用Linux的在线求助系统。

3、预习要求

1）熟悉一种操作系统的使用和安装，如windows操作系统的安装，DOS系统的使用

2）了解进程的概念及进程的状态

3）熟悉c语言程序设计

4）熟悉c语言程序编译过程

4、实验基本原理

进入Linux操作系统后，控制终端的命令行输入方式下输入各种命令，并显示各种命令操作后的输出结果，操作包括文件操作命令的使用，vi命令的使用以及gcc编译器的使用，详细的各种命令及使用方式见第一部分的介绍。

5、实验仪器与设备（或工具软件）

实验设备：

计算机一台，软件环境要求：

安装RedHatLinux操作系统和gcc编译器。

6、实验内容

1）使用常用的操作命令ls,cp,rm,mkdir,man,vi等。

2）熟悉怎么编辑一个程序（编辑，调试，运行见），输入一个简单的C程序进行练习，参考练习程序如下：

程序1

{

intp1;

while（（p1=fork（））==-1）;

if（p1==0）

putchar（‘B’）;

elseputchar（‘A’）;

程序2

#include"

stdafx.h"

main（）

introw,column,num,n=6;

for（row=1;

row<

n;

row++）

{for（column=1;

column<

n-row;

column++）

printf（"

"

）;

for（num=row;

num>

=1;

num--）

%d"

num）;

for（num=2;

num<

=row;

num++）

\n"

}}

7、实验步骤

1）进入Linux操作系统

开机后，选择进入Linux操作系统方式，输入用户名和密码，即可进入Linux操作系统。

2）进入控制终端的命令行输入方式

在Linux操作系统环境下，点击“小红帽”菜单，选择“系统”下拉菜单，选择“终端”选项，进入命令行输入方式。

3）输入命令后按回车键

在命令行输入方式下，输入各种文件操作命令，并按回车查看显示结果。

8、注意事项

1）gcc编译器不能编译不带扩展名的c语言程序。

2）注意编译和运行程序的基本过程。

3）注意熟练使用man命令来查看某条命令的含义及使用方式。

9、实验报告要求

要求列出多条命令的使用和相应结果，需要列出运行了的程序清单及相应结果，并对结果进行分析和讨论。

实验二进程管理

本实验为设计性实验。

1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2）进一步认识并发执行的实质

1）进程的概念

2）进程控制的概念及内容

3）进程的并发执行

4）熟悉互斥的概念

5）用到的Linux函数有：

fork（），lockf（）等。

使用fork（）系统调用来创建一个子进程，父进程和子进程并发执行，交替输出结果。

使用lockf（）系统调用对临界区进行加锁操作，实现对共享资源的互斥使用。

实验设备：

1）进程的创建

编写一段程序，使用系统调用fork（）创建两个子程序。

当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。

让每一个进程在屏幕上显示一个字符：

父进程显示字符“a”；

子进程分别显示字符“b”和字符“c”。

运行程序10次，观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。

2）进程的控制

修改已编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析原因。

如果在程序中使用系统调用lockf（）来给每一个进程加锁，可以实现进程间的互斥，观察并分析出现的现象。

（1）进程的创建参考程序如下：

intp1,p2;

while（（p1=fork（））==-1）;

if（p1!

=0）

{

while（（（p2=fork（））==-1）;

if（p2==0）putchar（'

b'

elseputchar（'

c'

}

a'

运行结果：

bca（或bac）

分析：

从进程并发执行来看，输出bac，acb等情况都有可能。

原因：

fork（）创建进程所需的时间要多于输出一个字符的时间，因此在主程序创建进程的同时，进程2就输出了”b”，而进程2和主程序的输出次序是随机的，所以出现上述结果。

（2）进程的控制参考程序如下

{intp1,p2,i;

while（（p1=fork（））==-1）;

{for（i=0;

i<

500;

i++）

child%d\n"

i）;

else

{

while（（p2=fork（））==-1）;

if（p2==0）

for（i=0;

son%d\n"

elsefor（i=0;

daughter%d\n"

略

由于函数printf（）输出和字符串之间不会被中断，因此字符串内部的字符顺序输出不变。

但是由于进程并发执行时的调度顺序和父进程的抢占处理机问题，输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。

进程加锁后的参考程序如下：

lockf（1,1,0）;

for（i=0;

lockf（1,0,0）;

lockf（1,1,0）

lockf（1,0,0）

else

{

lockf（1,1,0）

学生自己完成

1）进入vi编辑器

2）在编译器中输入所要运行的程序代码

3）退出编辑器，返回命令行输入方式，使用gcc编译器编译程序，获得能运行的目标程序。

4）运行目标程序，查看运行结果。

1）如果使用gcc编译程序有错的话，需要重新修改程序，直到无错为止。

2）注意系统是如何创建进程的？

3）查看结果是否是交替输出，如果修改输出的次数是否会出现交替现象？

4）相关函数的介绍见第一部分的介绍。

需要列出运行了的程序清单及相应结果，并对结果进行分析和讨论。

对结果的分析主要讨论结果为什么会交替出现？

并发进程是如何执行的？

实验三进程调度

本实验为综合性实验

在采用多道程序设计的系统中，往往有若干个进程同时处于就绪状态。

当就绪进程个数大于处理机数时，就必须依照某种策略来决定那些进程优先占用处理机。

本实验模拟在单处理机情况下的处理机调度，帮助学生加深了解处理机调度的工作。

1）熟悉进程控制块和进程组织方式

2）熟悉进程调度的概念

3）熟悉时间片轮转调度算法等

4）熟悉c语言编程，指针及结构体等知识

5）数据结构中的链表的建立及基本操作

进程控制块通过链表队列的方式组织起来，系统中存在运行队列和就绪队列（为简单起见，不设阻塞队列），进程的调度就是进程控制块在运行队列和就绪队列之间的切换。

当需要调度时，从就绪队列中挑选一个进程占用处理机，即从就绪队列中删除一个进程，插入到运行队列中，当占用处理机的进程运行的时间片完成后，放弃处理机，即在运行队列中的进程控制块等待一段时间（时间片）后，从该队列上删除，如果该进程运行完毕，则删除该进程（节点）；

否则，则插入到就绪队列中。

设计一个时间片轮转调度算法实现处理机调度的程序，具体内容如下

1）实验中使用的数据结构

（1）PCB进程控制块

内容包括参数①进程名name；

②要求运行时间runtime；

③优先数prior；

④状态state；

⑤已运行时间runedtime。

（2）为简单起见，只设运行队列，就绪链表两种数据结构，进程的调度在这两个队列中切换，如图3.1所示

图3.1PCB链表

2）每个进程运行时间随机产生，为1~20之间的整数。

3）时间片的大小由实验者自己定义，可为3或5

4）可参考的程序流程图如图3.2

图3.2模拟进程调度的流程图

5）参考程序

stdio.h"

stdlib.h"

typedefstructPCB

intname;

intruntime;

intrunedtime;

intstate;

intkilltime;

structPCB*next;

}PCB;

#defineNUM10

voidmain（）

inttimeslice=3;

PCB*runqueue;

PCB*top,*tail,*temp;

/*队列指针

inti;

srand（10）;

NUM;

temp=（structPCB*）malloc（sizeof（structPCB））;

temp->

name=i;

temp->

runtime=rand（）%20;

runedtime=0;

next=NULL;

killtime=0;

if（i==0）{top=temp;

tail=temp;

}

else{

tail->

next=temp;

tail=temp;

}

printf（"

processname=%d,runtime=%d,runedtime=%d,killtime=%d\n"

tail->

name,tail->

runtime,tail->

runedtime,tail->

killtime）;

while（top!

=NULL）

runqueue=top;

top=top->

next;

runqueue->

runt