清华大学操作系统课程lab2实验报告
操作系统实验二实验报告
操作系统实验二实验报告一、实验目的本次操作系统实验二的主要目的是深入理解和掌握进程管理的相关概念和技术，包括进程的创建、执行、同步和通信。
通过实际编程和实验操作，提高对操作系统原理的认识，培养解决实际问题的能力。
二、实验环境本次实验使用的操作系统为 Windows 10，编程环境为 Visual Studio 2019。
三、实验内容及步骤（一）进程创建实验1、首先，创建一个新的 C+＋项目。
2、在项目中，使用 Windows API 函数`CreateProcess`来创建一个新的进程。
3、为新进程指定可执行文件的路径、命令行参数、进程属性等。
4、编写代码来等待新进程的结束，并获取其退出代码。
（二）进程同步实验1、设计一个生产者消费者问题的模型。
2、使用信号量来实现生产者和消费者进程之间的同步。
3、生产者进程不断生成数据并放入共享缓冲区，当缓冲区已满时等待。
4、消费者进程从共享缓冲区中取出数据进行处理，当缓冲区为空时等待。
（三）进程通信实验1、选择使用管道来实现进程之间的通信。
2、创建一个匿名管道，父进程和子进程分别读写管道的两端。
3、父进程向管道写入数据，子进程从管道读取数据并进行处理。
四、实验结果及分析（一）进程创建实验结果成功创建了新的进程，并能够获取到其退出代码。
通过观察进程的创建和执行过程，加深了对进程概念的理解。
（二）进程同步实验结果通过使用信号量，生产者和消费者进程能够正确地进行同步，避免了缓冲区的溢出和数据的丢失。
分析结果表明，信号量机制有效地解决了进程之间的资源竞争和协调问题。
（三）进程通信实验结果通过管道实现了父进程和子进程之间的数据通信。
数据能够准确地在进程之间传递，验证了管道通信的有效性。
五、遇到的问题及解决方法（一）在进程创建实验中，遇到了参数设置不正确导致进程创建失败的问题。
通过仔细查阅文档和调试，最终正确设置了参数，成功创建了进程。
（二）在进程同步实验中，出现了信号量使用不当导致死锁的情况。
操作系统lab2实验报告
操作系统lab2实验报告实验目的：本实验的目的是通过设计和实现一个简单的操作系统内核，加深对操作系统基本概念和原理的理解。
具体实验内容包括进程管理、内存管理和文件系统的设计与实现。
实验环境：1.操作系统：Linux2.编程语言：C语言一、实验背景1.1 操作系统简介操作系统是计算机系统中的一个重要组成部分，负责管理和控制计算机的各种资源，提供用户和应用程序的接口，以及协调和调度各种任务的执行。
1.2 实验目标本实验的主要目标是设计和实现一个简单的操作系统内核，包括进程管理、内存管理和文件系统等功能。
二、实验内容2.1 进程管理①进程创建描述进程创建的过程和相关数据结构，包括创建新进程的系统调用、进程控制块等。
②进程调度描述进程调度的算法和实现方式，包括进程调度队列、调度算法等。
③进程同步与通信描述进程同步和通信的机制和方法，包括信号量、互斥锁、条件变量等。
2.2 内存管理①内存分配描述内存分配的算法和实现方式，包括连续内存分配、非连续内存分配等。
②页面置换描述页面置换的算法和实现方式，包括最优页面置换算法、先进先出页面置换算法等。
2.3 文件系统①文件操作描述文件操作的系统调用和相关数据结构，包括文件打开、读写、关闭等。
②文件系统结构描述文件系统的组织结构和实现方式，包括超级块、索引节点、块位图等。
三、实验步骤3.1 环境搭建搭建实验环境，包括安装Linux操作系统、编译器等。
3.2 进程管理实现根据设计要求，实现进程创建、调度、同步与通信等功能。
3.3 内存管理实现根据设计要求，实现内存分配、页面置换等功能。
3.4 文件系统实现根据设计要求，实现文件操作和文件系统结构。
3.5 测试与调试编写测试用例，对实现的操作系统内核进行测试和调试，并记录实验结果。
四、实验结果分析分析测试结果，评估实验过程中遇到的问题和解决方法，总结操作系统内核的性能和功能特点。
五、实验总结对实验过程中的收获和经验进行总结，提出改进和优化的建议。
《操作系统》课内实验报告
《操作系统》课内实验报告一、实验目的本次《操作系统》课内实验的主要目的是通过实际操作和观察，深入理解操作系统的基本原理和功能，掌握常见操作系统命令的使用，提高对操作系统的实际应用能力和问题解决能力。
二、实验环境本次实验在计算机实验室进行，使用的操作系统为 Windows 10 和Linux（Ubuntu 发行版）。
实验所使用的计算机配置为：Intel Core i5 处理器，8GB 内存，500GB 硬盘。
三、实验内容1、进程管理在 Windows 系统中，通过任务管理器观察进程的状态、优先级、CPU 使用率等信息，并进行进程的结束和优先级调整操作。
在 Linux 系统中，使用命令行工具（如 ps、kill 等）实现相同的功能。
2、内存管理使用 Windows 系统的性能监视器和资源监视器，查看内存的使用情况，包括物理内存、虚拟内存的占用和分配情况。
在 Linux 系统中，通过命令（如 free、vmstat 等）获取类似的内存信息，并分析内存的使用效率。
3、文件系统管理在 Windows 系统中，对文件和文件夹进行创建、复制、移动、删除等操作，了解文件的属性设置和权限管理。
在 Linux 系统中，使用命令（如 mkdir、cp、mv、rm 等）完成相同的任务，并熟悉文件的所有者、所属组和权限设置。
4、设备管理在 Windows 系统中，查看设备管理器中的硬件设备信息，安装和卸载设备驱动程序。
在 Linux 系统中，使用命令（如 lspci、lsusb 等）查看硬件设备，并通过安装内核模块来支持特定设备。
四、实验步骤1、进程管理实验（1）打开 Windows 系统的任务管理器，切换到“进程”选项卡，可以看到当前系统中正在运行的进程列表。
（2）选择一个进程，右键点击可以查看其属性，包括进程 ID、CPU 使用率、内存使用情况等。
（3）通过“结束任务”按钮可以结束指定的进程，但要注意不要随意结束系统关键进程，以免导致系统不稳定。
操作系统课程实验报告
一、实验概述实验名称：操作系统课程实验实验目的：1. 理解操作系统基本概念、原理及功能；2. 掌握操作系统的基本操作和应用；3. 提高实际操作能力和分析问题、解决问题的能力。
实验内容：1. 操作系统基本概念及原理的学习；2. 操作系统基本操作的应用；3. 实验项目：文件读写、多进程、多线程。
二、实验环境操作系统：Windows 10编译器：Visual Studio语言：C/C++实验平台：Windows 10系统下的虚拟机三、实验过程1. 操作系统基本概念及原理的学习操作系统是计算机系统中最基本的系统软件，负责管理计算机硬件资源、提供用户接口以及执行各种应用程序。
在实验过程中，我们学习了以下基本概念及原理：（1）进程管理：进程是操作系统能够进行运算处理的独立单位，具有动态性、并发性、异步性和独立性等特点。
进程管理主要包括进程的创建、调度、同步、通信和终止等。
（2）内存管理：内存管理是操作系统核心功能之一，主要负责分配、回收、保护和管理内存资源。
内存管理方式有分页、分段、段页式等。
（3）文件系统：文件系统是操作系统用于存储、检索和管理文件的机制。
文件系统主要包括目录结构、文件属性、文件操作等。
（4）设备管理：设备管理负责管理计算机系统中的各种外部设备，包括输入、输出和存储设备。
设备管理主要包括设备分配、设备驱动程序、缓冲区管理等。
2. 操作系统基本操作的应用在实验过程中，我们应用以下基本操作：（1）进程管理：创建、调度、同步、通信和终止进程。
（2）内存管理：分配、回收、保护和管理内存资源。
（3）文件系统：创建、删除、读写文件，实现目录结构的管理。
（4）设备管理：分配、回收、控制和管理设备。
3. 实验项目：文件读写、多进程、多线程（1）文件读写实验实验目的：掌握文件的基本操作，实现文件的创建、打开、读取、写入和关闭。
实验步骤：① 创建一个文件，命名为“test.txt”。
② 打开文件，以读写模式。
操作系统实验报告实验二
操作系统实验报告实验二一、实验目的本次操作系统实验二的目的在于深入理解和掌握操作系统中的进程管理和进程调度相关知识，通过实际的编程和实验操作，观察和分析不同进程调度算法的性能和效果，提高对操作系统核心概念的理解和应用能力。
二、实验环境本次实验在 Windows 10 操作系统下进行，使用 Visual Studio 2019作为编程工具。
实验中涉及的编程语言为 C+＋。
三、实验内容（一）进程创建与控制编写程序实现创建多个进程，并通过进程控制原语（如创建、等待、终止等）对进程进行管理和控制。
（二）进程调度算法实现1、先来先服务（FCFS）调度算法按照进程到达的先后顺序进行调度，先到达的进程先获得 CPU 资源进行执行。
2、短作业优先（SJF）调度算法优先调度执行时间短的进程，以减少平均等待时间。
3、时间片轮转（RR）调度算法将 CPU 时间划分为固定大小的时间片，每个进程在一个时间片内执行，时间片结束后切换到下一个进程。
（三）性能评估指标1、平均等待时间所有进程等待时间的总和除以进程数量。
2、平均周转时间所有进程周转时间的总和除以进程数量。
周转时间为进程从提交到完成的时间间隔。
四、实验步骤（一）进程创建与控制1、定义进程结构体，包含进程 ID、到达时间、执行时间等信息。
2、使用系统调用或库函数创建进程。
3、在父进程中通过等待函数等待子进程结束，并获取子进程的返回状态。
（二）进程调度算法实现1、先来先服务（FCFS）调度算法按照进程到达时间的先后顺序将进程放入就绪队列。
从就绪队列中取出第一个进程进行调度执行。
2、短作业优先（SJF）调度算法计算每个进程的执行时间。
按照执行时间从小到大的顺序将进程放入就绪队列。
从就绪队列中取出执行时间最短的进程进行调度执行。
3、时间片轮转（RR）调度算法将进程按照到达时间先后顺序放入就绪队列。
为每个进程分配一个时间片，当时间片用完后，将进程放入就绪队列尾部，重新调度下一个进程。
操作系统Lab2实验报告
深入学习 操作系统的原理和实 现细节，包括进程通 信、死锁处理、虚拟 化技术等。
实践应用
希望将所学的操作系 统知识应用到实际项 目中，提高自己的实 践能力。
持续学习
随着技术的不断发展 ，操作系统也在不断 更新和进步，需要保 持持续学习的态度。
探索新领域
对于新兴的操作系统 领域，如云操作系统 、物联网操作系统等 ，也希望有所涉猎和 探索。
学生将了解操作系统内核的组成和功能，以及操作系统如何通过内核 实现各种基本功能。
学生将通过实验深入了解操作系统的内部实现细节，提高自己对操作 系统设计和实现的认知水平。
02
实验内容
进程管理实验
总结词
理解进程状态及其转换、进程控制块PCB的组成、进程调度算法。
详细描述
通过实验，我们深入了解了进程的概念、状态及其转换。进程控制块PCB的组成，包括进程标 识符、进程状态、优先级、CPU寄存器内容等信息。此外，我们还学习了进程调度算法，如先 来先服务、最短作业优先、优先级调度等，并进行了模拟实验。
THANKS
感谢观看
操作系统Lab2实验 报告
汇报人：
202X-01-08
目录
• 实验目的 • 实验内容 • 实验结果与分析 • 问题与改进建议 • 总结与展望
01
实验目的
理解操作系统的基本概念
01
掌握核心概念
02
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件和软件资源 ，为用户提供便利的操作界面和高效的服务。
03
操作系统具有并发性、虚拟性、异步性和随机性的特点，这些特点决 定了操作系统在计算机系统中的重要地位和作用。
04
操作系统的基本功能包括进程管理、内存管理、文件管理和设备管理 ，这些功能是操作系统实现其核心目标的基础。
操作系统课程实验报告
操作系统课程实验报告一、实验目的操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它负责管理计算机的硬件资源和软件资源，为用户提供一个方便、高效、安全的工作环境。
本实验的目的是通过实际操作和观察，深入理解操作系统的基本原理和功能，掌握操作系统的常用命令和操作方法，提高解决实际问题的能力。
二、实验环境操作系统：Windows 10开发工具：Visual Studio Code三、实验内容1、进程管理观察进程的创建、终止和状态转换。
使用任务管理器查看系统中的进程信息，包括进程 ID、CPU 使用率、内存占用等。
通过编程实现创建和终止进程的功能。
2、内存管理了解内存的分配和回收机制。
使用 Windows 系统提供的性能监视器查看内存的使用情况。
编程实现简单的内存分配和释放算法。
3、文件系统管理熟悉文件和目录的操作，如创建、删除、复制、移动等。
研究文件的属性，如文件名、文件大小、创建时间等。
通过编程实现文件的读写操作。
4、设备管理认识设备的驱动程序和设备管理策略。
查看系统中的设备信息，如磁盘驱动器、打印机等。
模拟设备的中断处理过程。
四、实验步骤1、进程管理实验打开任务管理器，观察当前系统中正在运行的进程。
可以看到进程的名称、进程 ID、CPU 使用率、内存占用等信息。
使用 C+＋语言编写一个简单的程序，创建一个新的进程。
在程序中，使用`CreateProcess`函数来创建新进程，并设置进程的属性和参数。
编写另一个程序，用于终止指定的进程。
通过获取进程 ID，然后使用`TerminateProcess`函数来终止进程。
2、内存管理实验打开 Windows 性能监视器，选择“内存”选项卡，可以查看内存的使用情况，包括物理内存、虚拟内存、页面文件等的使用量和使用率。
编写一个 C 程序，使用动态内存分配函数（如`malloc`和`free`）来分配和释放内存。
在程序中，不断分配和释放一定大小的内存块，观察内存的使用情况和性能变化。
《操作系统》实验二
《操作系统》实验二一、实验目的本实验旨在加深对操作系统基本概念和原理的理解，通过实际操作，提高对操作系统设计和实现的认知。
通过实验二，我们将重点掌握进程管理、线程调度、内存管理和文件系统的基本原理和实现方法。
二、实验内容1、进程管理a.实现进程创建、撤销、阻塞、唤醒等基本操作。
b.设计一个简单的进程调度算法，如轮转法或优先级调度法。
c.实现进程间的通信机制，如共享内存或消息队列。
2、线程调度a.实现线程的创建、撤销和调度。
b.实现一个简单的线程调度算法，如协同多任务（cooperative multitasking）。
3、内存管理a.设计一个简单的分页内存管理系统。
b.实现内存的分配和回收。
c.实现一个简单的内存保护机制。
4、文件系统a.设计一个简单的文件系统，包括文件的创建、读取、写入和删除。
b.实现文件的存储和检索。
c.实现文件的备份和恢复。
三、实验步骤1、进程管理a.首先，设计一个进程类，包含进程的基本属性（如进程ID、状态、优先级等）和操作方法（如创建、撤销、阻塞、唤醒等）。
b.然后，实现一个进程调度器，根据不同的调度算法对进程进行调度。
可以使用模拟的方法，不需要真实的硬件环境。
c.最后，实现进程间的通信机制，可以通过模拟共享内存或消息队列来实现。
2、线程调度a.首先，设计一个线程类，包含线程的基本属性（如线程ID、状态等）和操作方法（如创建、撤销等）。
b.然后，实现一个线程调度器，根据不同的调度算法对线程进行调度。
同样可以使用模拟的方法。
3、内存管理a.首先，设计一个内存页框类，包含页框的基本属性（如页框号、状态等）和操作方法（如分配、回收等）。
b.然后，实现一个内存管理器，根据不同的内存保护机制对内存进行保护。
可以使用模拟的方法。
4、文件系统a.首先，设计一个文件类，包含文件的基本属性（如文件名、大小等）和操作方法（如创建、读取、写入、删除等）。
b.然后，实现一个文件系统管理器，包括文件的存储和检索功能。
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物理内存管理实验报告
练习0：合并lab1和lab2
书上提示使用“diff/merge”工具来合并lab1和lab2的代码，可是没有找到这款工具，但是被推荐使用meld工具，也能很方便地将不同目录的文件异同比较出来，可以一一手动合并，删除，增加代码，避免了不必要的错误。
这部分主要合并的文件有kdebug.c、trap.c。
练习1：实现firstfit连续物理内存分配算法。
完成合并代码的工作之后，make qemu执行lab2，结果出现错误提示：
提示default_pmm.c的第283行出现错误，打开文件看，发现这句话出现在函数static void default_check(void) 中，这是一个检查函数，并且提示不要修改。
当然，为了调试工作，在检查函数中加一些代码还是可以的。
例如通过cprintf输出一些调试信息，除此之外，还发现check函数中使用大量assert函数，大概作用是当参数条件不为1的时候就弹出debug minitor。
也可以用来调试作用。
起初，我仔细看了basic_check函数，它的作用只是做了一些简单的分配释放的操作，并且也没出错，后面看了default_check函数之后也没找到问题所在。
再然后是重点分析default_alloc_pages和default_free_pages函数，结合list_add函数看了许久才发现它的空闲块插入顺序有问题:每次插入都是从free_list的头部插入，事实上，应该保持free_list 的顺序，地址小的空闲块应该放在前面，地址大的空闲块应该放在后面，以便firstfit算法的从头快速查找。
找到问题后大致明白了这个exercise的目标：这个练习主要就是完善
default_alloc_pages和default_free_pages。
关键变量：
#define free_list (free_area.free_list)//空闲块的链表，但是不指向具体页
#define nr_free (free_area.nr_free)//空闲块的个数
关键函数：
list_init(&free_list);//初始化空闲块链表
SetPageProperty(base);
ClearPageProperty(base);
关键宏：
le2page(le, page_link);//由链表指针得到对应页的地址
(一)Alloc pages:用firstfit算法寻找空闲块
list_entry_t *le = &free_list;
while ((le = list_next(le)) != &free_list) {
struct Page *p = le2page(le, page_link);
if (p->property >= n) {
page = p;
break;
}
}
(二)Alloc pages:删除空闲块，若有剩余则把剩余的部分插入空闲块链表
if (page != NULL)
{
list_del(&(page->page_link));
if (page->property > n) {
struct Page *p = page + n;
p->property = page->property - n;
//list_add(&free_list, &(p->page_link));
//Excise 1 :My Code
list_add(page->page_link.prev, &(p->page_link));/////////应该要插在链表合适的位置
}
nr_free -= n;
ClearPageProperty(page);
}
(三)Free pages:删除指定块相邻的空闲块，合并成大空闲块
while (le != &free_list) {
p = le2page(le, page_link);
le = list_next(le);
if (base + base->property == p) {
base->property += p->property;
ClearPageProperty(p);
list_del(&(p->page_link));
}
else if (p + p->property == base) {
p->property += base->property;
ClearPageProperty(base);
base = p;
list_del(&(p->page_link));
}
}
(四)Free pages:把大空闲块假如空闲块链表
//Excise 1:My Code 把新的大空闲块插入free_list
le=list_next(&free_list);
if(le==&free_list)//假如之前的删除操作刚好把空闲块链表清空
list_add(&free_list,&(base->page_link));
else
{//找合适的位置把大空闲块入free_list
while(le!=&free_list)
{
p=le2page(le,page_link);
if (p>base)
{
list_add_before(&(p->page_link),&(base->page_link));
break;
}
le=list_next(le);
}
if(le==&free_list)//假如找不到比base序号大的页,则放在链表尾部
list_add_after(free_list.prev,&(base->page_link));
}
}
练习2、实现寻找虚拟地址对应的页表项
关键的函数以及宏函数：
* PDX(la) = 返回虚拟地址la的页目录索引
* KADDR(pa) : 返回物理地址pa相关的内核虚拟地址
* set_page_ref(page,1) : 设置此页被引用了一次
* page2pa(page): 得到page管理的那一页的物理地址
* struct Page * alloc_page() : 分配一页出来
* memset(void *s, char c, size_t n) : 设置s指向地址的前面n个字节为字节‘c’.
pde_t *pdep = &pgdir[PDX(la)];//得到页目录项
if (!(*pdep & PTE_P)) {//假如页目录项不存在
struct Page *page;
if (!create || (page = alloc_page()) == NULL) {//假如不需要分配页或者分配页失败
return NULL;
}
set_page_ref(page, 1);//设置该页被引用了一次
uintptr_t pa = page2pa(page);//得到该页物理地址
memset(KADDR(pa), 0, PGSIZE);//物理地址转虚拟地址，然后把该页初始化
*pdep = pa | PTE_U | PTE_W | PTE_P;//设置可读，可写，存在位
}
return &((pte_t *)KADDR(PDE_ADDR(*pdep)))[PTX(la)];
//KADDR(PDE_ADDR(*pdep))：这部分是由页目录项地址得到关联的页表物理地址，再转成虚拟地址
//PTX(la)：返回虚拟地址la的页表项索引
//最后返回的是虚拟地址la对应的页表项入口的地址
练习3、remove_pte()函数的完善
* struct Page *page pte2page(*ptep): 得到页表项对应的那一页
* free_page : 释放一页
* page_ref_dec(page) : 减少该页的引用次数，返回剩下引用此时
* tlb_invalidate(pde_t *pgdir, uintptr_t la) : 当修改的页表是进程正在使用的那些页表，使TLB的那一页无效
if (*ptep & PTE_P) {//假如页表项存在
struct Page *page = pte2page(*ptep);//找到页表项的那一页的信息
if (page_ref_dec(page) == 0) {//假如这一页没有被引用了
free_page(page);//释放该页
}
*ptep = 0;//该页目录项清零
tlb_invalidate(pgdir, la);//当修改的页表是进程正在使用的那些页表，使TLB的那一页无效
}。