东莞理工学院计算机科学技术系

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操作系统课程设计任务书

为了加深学生对操作系统原理的进一步认识，加强实践动手能力和程序开发能力的培养，提高学生分析问题解决问题的能力，而开设操作系统课程设计。为了达到设计的目的，培养学生的合作精神，本次课程设计给出如下系列题目，要求学生选择完成。

一、设计题目

课题一、文件系统的模拟实现(最多3人/组)

目的：深入理解文件系统的实现机制，掌握文件访问的编程技术。

任务：实现一个文件模拟文件系统。

要求和提示：

(1)利用一个进程模拟实现文件系统：

–用一个进程模拟系统文件系统，实现文件的打开、关闭、读、写、创建、删除、列文件目录等文件操作功能，应用进程发出文件操作

请求。

–文件系统进程负责服务应用进程的文件访问请求：

?文件访问包括：打开、关闭、读、写、创建、删除、列文件

目录等基本操作；

?进程在系统文件系统中维护一个大的映像文件，并在此文件

内部实现目录和文件结构；

?当收到其他进程的文件请求后，根据自己的定义，将操作转

向由他自己维护的文件内部的操作。

?进程间通信可通过消息传递，管道或网络完成。

(2)文件操作函数可以取名为Open(打开)、Close（关闭）、Read（读）、Write

（写），分别采用与系统调用open, close, read和write相同的语义和参数格式。

(3)文件目录结构可根据小组开发效率选择一级目录结构（最简单）、二级目

录结构(复杂一些)或树型目录结构（最难）；

(4)系统可实现空闲盘快的管理、目录表、地址索引机构等功能；

(5)

的数据

课题二. 进程互斥机制的模拟实现(2人/组)

目的：加深对互斥、同步概念的理解，掌握进程间通信技术进行程序设计的技术。

任务：利用进程间通信机制实现进程对临界区互斥访问的原语---UP和DOWN原语。

要求和提示：

(1)DOWN原语即关锁操作，UP原语即开锁操作；

(2)可以创建3个进程：

–两个进程模拟需要进入临界区的用户进程。

?当需要进入临界区时，显示：“进程x请求进入临界区…”，

同时执行DOWN原语向管理进程提出申请，返回后显示：

“进程x已进入临界区”；

?进入了临界区后，在临界区中等待一段随机时间，并显示：

“进程x正在临界区…”；

?当时间结束，显示：“进程x正退出临界区…”,，同时执行

UP原语向管理进程提出退出申请；

?当申请返回，显示：“进程x已退出临界区。”

–一个进程作为原语的管理进程，接受其他进程的临界区进入请求：

?如果允许进入，则根据DOWN原语的操作步骤设置相应变

量，然后返回；

?如果不允许进入，则进入循环等待，直到允许为止；

?退出时模拟UP操作。

–UPDOWN和DOWN原语的实现函数供各用户进程调用。

(3)进程间通信可以采用消息传递、管道或网络通信方式。

课题三、处理机调度程序：选择一个调度算法，实现处理机调度(3人/组)。

目的：进程调度是处理机管理的核心内容。本设计要求用高级语言编写和调试一个简单的进程调度程序。通过本实验可以加深理解有关进程控制块、进程队列的概念，并体会和了解优先权调度算法和时间片轮转调度算法的具体实施办法。

任务要求：

(1) 设计进程控制块PCB结构，分别适用于优先权调度算法和时间片轮转调度算法。

(2) PCB结构包括以下信息：进程名、进程优先数（或轮转时间片），进程所占用的CPU时间，进程执行时间，进程的状态，当前队列指针等。根据调度算法的不同，PCB结构的内容可以作适当的增删。

(3) 建立进程就绪队列。对两种不同算法编制入链子程序。

(4) 编制两种进程调度算法：1）优先数调度；2）循环轮转调度。

提示与建议：

选用优先数算法和简单时间片轮转法对五个进程进行调度，每个进程可有三种状态：运行状态（RUN）、就绪状态（READY）和完成状态。并假定初始状态为就绪状态。

设计进程控制块结构如下：

PCB:

NAME

PRIO/ROUND

CPUTIME

COUNT

NEEDTIME

STA TE

NEXT

其中：

NAME——进程标识符；

PRIO——进程优先数；

ROUND——进程轮转时间片；

CPUTIME——进程占用CPU时间；

COUNT——计数器；

NEEDTIME——进程到完成还要的CPU时间；

STA TE——进程的状态；

NEXT——链指针。

进程控制块链结构如插图。

其中：

RUN——当前运行进程指针；

READY——就绪队列头指针；

TAIL——就绪队列尾指针；

FINISH——完成队列头指针。

为了便于处理，程序中进程的运行时间以时间片为单位计算。各进程的优先数或轮转时

间片数以及进程需运行的时间片数的初值均由用户给定。

程序说明：

（1）在优先数算法中，进程每执行一次，优先数减3，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。在轮转法中，采用固定时间片，时间片数为2，进程每执行一次，CPU时间片数加2，进程还需要的时间片数减2，并排到就绪队列的尾上。

（2）程序可采用如下结构：

整个程序由INSERT1, INSERT2, FIRSTIN, PRINT, CREATE, PRISCH和ROUNDSCH过程组成。其中：

INSERT1的功能是把还未完成且优先数小于别的进程PCB按进程优先数的顺序插入到就绪队列中。

INSERT2是轮转法使用的过程，将执行了一个单位时间片数（为2）且还未完成的进程的PCB插入到就绪队列的队尾。

FIRSTIN的功能是将就绪队列中的第一个进程投入运行。

PRINT打印每执行一次后的所有进程的状态，这里，就绪（等待）用“W”代表。CREATE的功能是创建新的进程，即创立进程的PCB，并将此PCB链入到就绪队列中去。PRISCH按优先数算法调度进程。

ROUNDSCH按时间片轮转法调度进程。

主程序中定义了PCB的结构和其它变量NUMBER——进程数，ALGO为10个字符长的字符串，存放要求输入的算法的名，PRIORITY为优先数算法，ROUNDROBIN为循环轮转法，在程序运行时输入其中的一个。

课题四、编写一个简单的命令解释器—模拟shell功能

目的：熟悉shell命令解释程序的工作原理，掌握使用fork和exec等系统调用设计多进程应用程序的基本技术。

基本要求：

1、可打开提示符，并获取用户输入的指令

2、可解析指令

3、可寻找命令文件

4、可执行基本的命令

课题五. Linux多线程程序设计（2人）

目的：

1. 加深对线程概念的理解；

2. 掌握在使用POSIX线程机制进行多线程应用程序的编程方法。

任务要求：

1. 设计一个2线程数组求和程序arr2sum.c，创建2个线程，同时对一个大数组的前一半元素和后一半元素进行求和运算。在主线程中，对两个线程返回的2个部分进行归并，并输出数组总和。

2. n线程数组求和程序arrnsum.c：创建n个线程（n由外部输入）对大数组求和。将整个数组作为一个工作池，各线程每次从数组中取得一个元素相加，计算部分和，直到数组的全部元素都被取走。最后由主线程将各个部分进行归并计算总和，并显示输出。

提示和说明：

见《操作系统实验指导》

课题六：增加Linux系统调用（2人）

目的：

理解和掌握Linux内核及系统调用的原理。

实验内容：

1.下载较新版本的Linux内核源代码，在你的Linux系统中解压缩，观察内核源码的组成结构。编译内核, 尝试用编译后的内核重新引导系统。

2. 添加一个新的系统调用，实现一项新的功能，如查找系统中所有进程的名称和族亲关系信息，或文件复制，重新编译和运行内核，使新的系统调用可用。

3. 编写用户态测试程序，测试增加的系统调用可以工作。

提示和说明：

Available on request.

二、设计要求

1、学生按自然班自由组合选择题目。

2、小组内同学应该有明确的分工，彼此密切合作，完成各分项功能。在算法的实现过程中，要求可决定变量应是可变的；同时模块应该有一个合理的输出结果。

3、各功能程序要求自行编写程序实现，不得调用现有操作系统提供的模块或功能函数，如：不能使用系统的文件、目录管理相关命令或调用来构建文件，而应采用链表或其它方式实现。

4、在完成各子功能模块的同时还应将各功能融合为一个整体，构成人机界面较友好的小型系统。

三、课程设计考核方式

课程设计成绩评定的依据有课题难度系数、课程设计报告、设计和实现方案质量、程序、系统运行情况、答辩情况。

优：有完整的符合标准的文档，文档有条理、文笔通顺，格式正确，

其中有总体设计思想的论述；程序完全实现设计方案，设计方案先进，软

件可靠性好；

良：有完整的符合标准的文档，文档有条理、文笔通顺，格式正确；

有完全实现设计方案的软件，设计方案较先进；

中：有完整的符合标准的文档，有基本实现设计方案的软件，设计方

案正确；

及格：有完整的符合标准的文档，有基本实现设计方案的软件，设计

方案基本正确；

不及格：没有完整的符合标准的文档，软件没有基本实现设计方案，

设计方案不正确。

提交的电子文档和软件必须是由学生自己独立完成，雷同者教师有权视其情况扣分或记零分。

四、提交的资料

电子版资料：课程设计报告、源程序。提交网址：ftp://xuqinguis@219.222.171.9

纸面资料：课程设计报告。格式请见《课程设计报告封面》和《课程设计报告内容》