操作系统课程设计题目详细说明.docx

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操作系统课程设计题目详细说明

说明：

本课程设计题目共28个，原则上一人一题。

如果题目未加说明，则必须一■人一题。

题目1:

动态分区分配方式的模拟1

1设计目的

了解动态分区分配中使用的数据结构和分配算法，并进一步加深对动态分区存储管理方

式及其实现过程的理解。

2设计内容

1）用C语言实现采用首次适应算法的动态分区分配过程alloc（）和回收过程free（）。

其中,

空闲分区通过空闲分区链表来管理，在进行内存分配时，系统优先使用空闲区低端的空间。

2）假设初始状态如下，可用的内存空间为640KB，并有下列的请求序列；

作业1申请130KB

作业2申请60KB

作业3申请100KB

作业2释放60KB

作业4申请200KB

作业3释放100KB

作业1释放130KB

作业5申请140KB

作业6申请60KB

作业7申请50KB

作业6释放60KB

请采用首次适应算法进行内存块的分配和回收，同时显示内存块分配和回收后空闲内存

分区链的情况。

3思考

题目2:

动态分区分配方式的模拟2

3设计目的

了解动态分区分配中使用的数据结构和分配算法，并进一步加深对动态分区存储管理方

式及其实现过程的理解。

4设计内容

1）用C语言实现采用循环首次适应算法的动态分区分配过程alloc（）和回收过程free（）

其中，空闲分区通过空闲分区链表来管理，在进行内存分配时，系统优先使用空闲区低端的

空间。

2）假设初始状态如下，可用的内存空间为640KB，并有下列的请求序列；

作业1申请130KB

作业2申请60KB

作业3申请100KB

作业2释放60KB

作业4申请200KB

作业3释放100KB

作业1释放130KB

作业5申请140KB

作业6申请60KB

作业7申请50KB

作业6释放60KB

请采用循环首次适应算法进行内存块的分配和回收，同时显示内存块分配和回收后空闲

内存分区链的情况。

3思考

1）采用循环首次适应算法和最优置换算法，对内存的分配和回收速度会造成什么不同的影响？

2）如何解决因碎片而造成内存分配速度降低的问题?

题目3:

动态分区分配方式的模拟3

1设计目的

了解动态分区分配中使用的数据结构和分配算法，并进一步加深对动态分区存储管理方

式及其实现过程的理解。

2设计内容

1）用C语言分别实现采用最佳适应算法的动态分区分配过程alloc（）和回收过程free（）

其中，空闲分区通过空闲分区链表来管理，在进行内存分配时，系统优先使用空闲区低端的

空间。

2）假设初始状态如下，可用的内存空间为640KB，并有下列的请求序列；

作业1申请130KB

作业2申请60KB

作业3申请100KB

作业2释放60KB

作业4申请200KB

作业3释放100KB

作业1释放130KB

作业5申请140KB

作业6申请60KB

作业7申请50KB

作业6释放60KB

请采用最佳适应算法进行内存块的分配和回收，同时显示内存块分配和回收后空闲内存

分区链的情况。

3思考

题目4:

动态分区分配方式的模拟4

1设计目的

了解动态分区分配中使用的数据结构和分配算法，并进一步加深对动态分区存储管理方

式及其实现过程的理解。

2设计内容

1）用C语言分别实现采用最坏适应算法的动态分区分配过程alloc（）和回收过程free（）

其中，空闲分区通过空闲分区链表来管理，在进行内存分配时，系统优先使用空闲区低端的

空间。

2）假设初始状态如下，可用的内存空间为640KB，并有下列的请求序列；

作业1申请130KB

作业2申请60KB

作业3申请100KB

作业2释放60KB

作业4申请200KB

作业3释放100KB

作业1释放130KB

作业5申请140KB

作业6申请60KB

作业7申请50KB

作业6释放60KB

请采用最坏适应算法进行内存块的分配和回收，同时显示内存块分配和回收后空闲内存

分区链的情况。

3思考

题目5：

进程调度模拟算法

1设计目的通过算法的模拟加深对进程概念和进程调度过程的理解，掌握进程状态之间的切换，同时掌握进程调度算法的实现方法和技巧。

1．2．设计内容

（1）用C语言来实现对N个进程采用动态优先权优先算法的进程调度。

（2）每个用来标识进程的进程控制块PCB用结构来描述，包括以下字段：

进程标识数ID；

进程优先数PRIORITY，并规定优先数越大的进程，其优先权越高；进程已占用的CPU时间CPUTIME；

进程还需占用的CPU时间ALLTIME。

当进程运行完毕时，ALLTIME变为0；进程的阻塞时间STARTBLOCK，表示当进程再运行STARTBLOCK个时间片后，进程将进入阻塞状态；进程被阻塞的时间BLOCKTIME，表示已阻塞的进程再等待BLOCKTIME个时间片后，进程将转换成就绪状态；

进程状态STATE；队列指针NEXT，用来将PCB排成队列。

（3）优先数改变的原则：

进程在就绪队列中呆一个时间片，优先数增加1；

进程每运行一个时间片，优先数减3。

（4）

假设在调度前，系统中有5个进程，它们的初始状态如下：

（5）为了清楚地观察进程的调度过程，程序应将每个时间片内的进程的情况显示出来，参照的具体格式如下：

RUNNINGPROG:

i

READY_QUEUE:

->id1->id2

BLOCK_QUEUE:

->id3->id4

ID

0

1

2

3

4

PRIORITY

P0

P1

P2

P3

P4

CPUTIME

C0

C1

C2

C3

C4

ALLTIME

A0

A1

A2

A3

A4

STARTBLOCK

T0

T1

T2

T3

T4

BLOCKTIME

B0

B1

B2

B3

B4

STATE

S0

S1

S2

S3

S4

2．思考

还应处理哪些工

（1）在实际的进程调度中，除了按调度算法选择下一个执行的进程外，作；

（2）为什么对进程的优先数可按上述原则进行修改？

1设计目的

通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟，加深对请求调页系统的原理和实现过程的理解。

2设计内容

1）假设每个页面中可存放10条指令，分配给作业的内存块数为4。

2）用c语言模拟一个作业的执行过程，该作业共有320条指令，即它的地址空间为32页，目前它的所有页都还未调入内存。

在模拟过程中，如果所访问的指令已在内存，则显示其物理地址，并转下一条指令。

如果所访问的指令还未装入内存，则发生缺页，此时需记录缺页的次数，并将相应页调入内存。

如果4个内存块均已装入该作业，则需进行页面置换，最后显示其物理地址，并转下一条指令。

在所有320指令执行完毕后，请计算并显示作业运行过程中发生的缺页率。

3）置换算法：

采用先进先出（FIFO）置换算法。

3思考题

1）如果增加分配给作业的内存块数，将会对作业运行过程中的缺页率产生什么影响？

2）为什么在一般情况下，LRU具有比FIFO更好的性能？

提示:

（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：

150%的指令是顺序执行的；

225%的指令是均匀分布在前地址部分；

325%的指令是均匀分布在后地址部分；

具体的实施方法是：

1在［0，319］的指令地址之间随机选取一起点m；

2顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；

3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；

4顺序执行一条指令，其地址为m+1的指令；

5在后地址［m'+2,319］中随机选取一条指令并执行；

6重复上述步骤①〜⑤，直到执行320次指令。

（2）将指令序列变换为页地址流

1设页面大小为1K；

2用户内存容量为4页到32页；

3用户虚存容里为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］）；

JJ

JJ

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。

（3）计算先进先出（FIFO）算法在不同内存容量下的命中率。

其中,命中率=1-页面失效次数/页地址流长度

1设计目的

通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟，加深对请求调页系统的原理和实现过程的理解。

2设计内容

1）假设每个页面中可存放10条指令，分配给作业的内存块数为4。

2）用C语言模拟一个作业的执行过程，该作业共有320条指令，即它的地址空间为32

页，目前它的所有页都还未调入内存。

在模拟过程中，如果所访问的指令已在内存，则显示其物理地址，并转下一条指令。

如果所访问的指令还未装入内存，则发生缺页，此时需记录缺页的次数，并将相应页调入内存。

如果4个内存块均已装入该作业，则需进行页面置换，最后显示其物理地址，并转下一条指令。

在所有320指令执行完毕后，请计算并显示作业运行过程中发生的缺页率。

3）置换算法：

最近最久未使用（LRU）算法。

3思考题

1）如果增加分配给作业的内存块数，将会对作业运行过程中的缺页率产生什么影响？

2）为什么在一般情况下，LRU具有比FIFO更好的性能？

提示:

（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：

150%的指令是顺序执行的；

225%的指令是均匀分布在前地址部分；

325%的指令是均匀分布在后地址部分；

具体的实施方法是：

1在［0，319］的指令地址之间随机选取一起点m；

2顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；

3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；

4顺序执行一条指令，其地址为m+1的指令；

5在后地址［m'+2,319］中随机选取一条指令并执行；

6重复上述步骤①〜⑤，直到执行320次指令。

（2）将指令序列变换为页地址流

1设页面大小为1K；

2用户内存容量为4页到32页；

3用户虚存容里为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。

（3）计算最近最少使用（LRU算法在不同内存容量下的命中率。

其中,命中率=1-页面失效次数/页地址流长度

1设计目的

通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟，加深对请求调页系统的原理和实现过程的理解。

2设计内容

1）假设每个页面中可存放10条指令，分配给作业的内存块数为4。

2）用C语言模拟一个作业的执行过程，该作业共有320条指令，即它的地址空间为32页，目前它的所有页都还未调入内存。

在模拟过程中，如果所访问的指令已在内存，则显示其物理地址，并转下一条指令。

如果所访问的指令还未装入内存，则发生缺页，此时需记录缺页的次数，并将相应页调入内存。

如果4个内存块均已装入该作业，则需进行页面置换，最后显示其物理地址，并转下一条指令。

在所有320指令执行完毕后，请计算并显示作业运行过程中发生的缺页率。

3）置换算法：

最佳置换（OPT）算法。

3思考题

1）如果增加分配给作业的内存块数，将会对作业运行过程中的缺页率产生什么影响？

提示:

（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：

150%的指令是顺序执行的；

225%的指令是均匀分布在前地址部分；

325%的指令是均匀分布在后地址部分；

具体的实施方法是：

1在［0，319］的指令地址之间随机选取一起点m；

2顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；

3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；

4顺序执行一条指令，其地址为m+1的指令；

5在后地址［m'+2，319］中随机选取一条指令并执行；

6重复上述步骤①〜⑤，直到执行320次指令。

（2）将指令序列变换为页地址流

1设页面大小为1K；

2用户内存容量为4页到32页；

3用户虚存容里为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］）;

JJ

JJ

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。

（3）计算最佳置换（OPT）算法在不同内存容量下的命中率。

其中,命中率=1-页面失效次数/页地址流长度

1设计目的

通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟，加深对请求调页系统的原理和实现过程的理解。

2设计内容

1）假设每个页面中可存放10条指令，分配给作业的内存块数为4。

2）用C语言模拟一个作业的执行过程，该作业共有320条指令，即它的地址空间为32页，目前它的所有页都还未调入内存。

在模拟过程中，如果所访问的指令已在内存，则显示其物理地址，并转下一条指令。

如果所访问的指令还未装入内存，则发生缺页，此时需记录缺页的次数，并将相应页调入内存。

如果4个内存块均已装入该作业，则需进行页面置换，最后显示其物理地址，并转下一条指令。

在所有320指令执行完毕后，请计算并显示作业运行过程中发生的缺页率。

3）置换算法：

最少访问（LFU）算法。

3思考题

1）如果增加分配给作业的内存块数，将会对作业运行过程中的缺页率产生什么影响？

提示:

（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：

150%的指令是顺序执行的；

225%的指令是均匀分布在前地址部分；

325%的指令是均匀分布在后地址部分；

具体的实施方法是：

1在［0，319］的指令地址之间随机选取一起点m；

2顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；

3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；

4顺序执行一条指令，其地址为m+1的指令；

5在后地址［m'+2,319］中随机选取一条指令并执行；

6重复上述步骤①〜⑤，直到执行320次指令。

（2）将指令序列变换为页地址流

1设页面大小为1K；

2用户内存容量为4页到32页；

3用户虚存容里为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］）;

JJ

JJ

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。

（3）计算最少访问（LFU）算法在不同内存容量下的命中率。

其中,命中率=1-页面失效次数/页地址流长度

1设计目的

通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟，加深对请求调页系统的原理和实现过程的理解。

2设计内容

1）假设每个页面中可存放10条指令，分配给作业的内存块数为4。

2）用C语言模拟一个作业的执行过程，该作业共有320条指令，即它的地址空间为32页，目前它的所有页都还未调入内存。

在模拟过程中，如果所访问的指令已在内存，则显示其物理地址，并转下一条指令。

如果所访问的指令还未装入内存，则发生缺页，此时需记录缺页的次数，并将相应页调入内存。

如果4个内存块均已装入该作业，则需进行页面置换，最后显示其物理地址，并转下一条指令。

在所有320指令执行完毕后，请计算并显示作业运行过程中发生的缺页率。

3）置换算法：

最近最不经常使用（NRU）算法。

3思考题

1）如果增加分配给作业的内存块数，将会对作业运行过程中的缺页率产生什么影响？

提示:

（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：

150%的指令是顺序执行的；

225%的指令是均匀分布在前地址部分；

325%的指令是均匀分布在后地址部分；

具体的实施方法是：

1在［0，319］的指令地址之间随机选取一起点m；

2顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；

3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；

4顺序执行一条指令，其地址为m+1的指令；

5在后地址［m'+2,319］中随机选取一条指令并执行；

6重复上述步骤①〜⑤，直到执行320次指令。

（2）将指令序列变换为页地址流

1设页面大小为1K；

2用户内存容量为4页到32页；

3用户虚存容里为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］）;

JJ

JJ

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。

（3）计算最近最不经常使用（NRU）算法在不同内存容量下的命中率。

其中,命中率=1-页面失效次数/页地址流长度

题目11：

P、V操作及进程同步的实现1

1设计目的

掌握信号量通信方式的一般方法，了解系统实现“阻塞”和“唤醒”功能的方法和技巧。

同时掌握进程同步和互斥的概念及实现技术。

2设计内容

1）用语言编程实现P、V原语并用P、V原语描述如下生产者-消费者问题：

有一个理发师，一把理发椅和n把提供给等候理发的顾客座的椅子。

如果没有顾客，则理发师便在理发椅子上睡觉；当第一个顾客到来时，必须唤醒该理发师进行理发；如果理发师正在理发时又有顾客到来，则如果有空椅子可坐，他就坐下来等待，如果没有空椅子，他就离开理发店。

为理发师和顾客各编一段程序描述他们的行为，要求不能带有竞争条件，试用P、V操

作实现。

2）实验要求及说明

1定义信号量并将P、V操作定义为带参数

2以输出字符串的形式表示理发师和顾客的行为。

3设计适当的数据结构和函数描述顾客等待队列和“唤醒”理发师理发过程，以及没有顾客时的“阻塞”理发师过程。

4编程时需考虑理发师和顾客对应的程序是并发操作的。

提示：

可利用随机函数模拟并发操作。

5理发师和顾客两个进程各自调用一个函数模拟生产及消费的操作。

消费者进程开始时首先测试生产者是否存在，若不存在，则循环测试直到生产者出现为止。

消费者如果是第一次执行即转为睡眠状态，则直到生产者完成产品后再唤醒消费者，然后两者协调地工作下去。

3思考题

1）你自己设计的程序是否会产生理发师与顾客都“一睡不起”的情况?

2）假设题目中由2名理发师和2把理发椅，上述程序应做哪些修改？

题目12：

P、V操作及进程同步的实现21设计目的掌握信号量通信方式的一般方法，了解系统实现“阻塞”和“唤醒”功能的方法和技巧。

同时掌握进程同步和互斥的概念及实现技术。

2设计内容

用语言编程实现P、V原语并用P、V原语哲学家就餐问题：

为每个哲学家各编一段程序描述他们的行为，试用P、V操作实现。

题目13:

shell编程

1设计目的

1）了解shell在操作系统中的作用

2）学会编写简单的shell脚本程序

3）学会运行shell命令文件

2设计内容

1）自学命令cut,grep,sort,test。

编写SHELL脚本，能将文件di和d2整合为文

件d3。

2）编写两个shell脚本si、s2，其中si能够启动3个进程，进程名称分别为a,b,c，

每个进程的代码如下：

intmain（）

{

while

（1）

{

};

return0;

}

s2能够杀死这3个进程，并且要求s2的执行不允许人为指定参数。

3思考题

Shell编程于一般编程的区别?

题目14:

银行家算法

1设计目的

1）了解多道程序系统中，多个进程并发执行的资源分配。

2）掌握银行家算法，了解资源在进程并发执行中的资源分配情况。

3）掌握预防死锁的方法，系统安全状态的基本概念。

2设计内容

设计一个n个并发进程共享m个系统资源的程序以实现银行家算法。

要求：

1）简单的选择界面；

2）能显示当前系统资源的占用和剩余情况。

3）为进程分配资源，如果进程要求的资源大于系统剩余的资源，不与分配并且提示分

配不成功；

4）撤销作业，释放资源。

编写和调试一个系统动态分配资源的简单模拟程序，观察死锁产生的条件，并采用适

当的算法，有效地防止和避免死锁的发生。

银行家算法分配资源的原则是：

系统掌握每个进程对资源的最大需求量，当进程要求

申请资源时，系统就测试该进程尚需资源的最大量，如果系统中现存的资源数大于或等于该

进程尚需求资源最大量时，就满足进程的当前申请。

这样就可以保证至少有一个进程可能得

到全部资源而执行到结束，然后归还它所占有的全部资源供其它进程使用。

银行家算法中的数据结构

⑴可利用资源向量Available（—维数组）

是一个含有m个元素，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目，其初值是系统中所配置的该类全部可用资源数目。

如果Available[j]=k，表示系统中现有Rj类资源k个。

（2）最大需求矩阵Max（二维数组）

m的矩阵，它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。

如果

Max（i,j）=k，表示进程i需要Rj类资源的最大数目为k。

⑶分配矩阵Allocation（二维数组）

m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。

如果

Allocation（i,j）=k，表示进程i当前已分得Rj类资源k个。

（4）需求矩阵Need（二维数组）

是一个含有n*m的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。

如果Need（i,j）=k，表示进程i还需要Rj类资源k个，方能完成其任务。

Need（i,j）=Max（i,j）-Allocation（i,j）

3思考题

1）理解避免死锁在当前