电子科大计算机操作系统实验报告级

电子科技大学
实验报告
学生姓名：郫县LBJ 学号：指导教师：温柔可爱的刘杰彦
实验地点：主楼A2-413 实验时间：2017年4月22日上午
一、实验室名称：计算机学院主楼机房
二、实验项目名称：进程与资源管理
实验分工：郫县LBJ 进程管理设计
郫县小胖子资源管理设计
郫县威斯布鲁克进程调度与时钟中断设计
三、实验学时：2
四、实验原理：
此处的实验原理在指导书上非常丰富，因此不照搬过来，主要写出所要使用到知识点，具体实现过程中的原理分析见报告第八部分“实验步骤”处。

（一）总体设计
系统总体架构如图1所示，最右边部分为进程与资源管理器，属于操作系统内核的功能。

要求能够设计与实现一个简单的进程与资源管理器，具有如下功能：完成进程创建、撤销和进程调度；完成多单元 (multi_unit)资源的管理；完成资源的申请和释放；完成错误检测和定时器中断功能。

图1 系统总体结构
（二） Test shell设计
应具有的功能：
1、从终端或者测试文件读取命令；
2、将用户需求转换成调度内核函数（即调度进程和资源管理器）；
3、在终端或输出文件中显示结果：如当前运行的进程、错误信息等。

（三）进程管理设计
1、进程状态与操作
2、进程控制块结构PCB
3、主要函数：创建进程、撤销进程
（四）资源管理设计
1、主要数据结构RCB
2、请求资源
3、释放资源
（五）进程调度与时钟中断设计
关键：使用基于优先级的抢占式调度策略，在同一优先级内使用时间片轮转算法。

参考课上ppt：
五、实验目的：
设计和实现进程与资源管理，并完成Test shell的编写，以建立系统的进程管理、调度、资源管理和分配的知识体系，从而加深对操作系统进程调度和资源管理功能的宏观理解和微观实现技术的掌握。

六、实验内容：
设计与实现一个简单的进程与资源管理器，要求具有如下功能：完成进程创建、撤销和进程调度；完成多单元 (multi_unit)资源的管理；完成资源的申请和释放；完成错误检测和定时器中断功能。

通过编写测试脚本（test shell）来完成对进程与资源管理器的测试。

七、实验环境（设备、元器件）：
Windows 7、Visual Studio 2015
八、实验步骤：
（一）系统功能需求分析：
（二）总体框架设计：
1、具体原理和总体工作流程分析：
首先，通过test shell从测试文件中读入各种命令。

然后，对命令进行分析，将用户的需求转换成调度内核函数，也就是说，通过调度进程和资源管理器，实现创建进程、撤销进程、进程调度、对资源进行管理、申请和释放资源、检测错误和定时器中断等功能，从而模拟一个操作系统对进程进行调度和对资源进行管理的过程。

最后，在终端或者输出文件中，把一系列操作后的结果显示出来，包括当前运行的进程、错误信息等。

2、相关方法和算法：
（1） C语言中的结构struct，用来实现PCB、RCB等
（2） C语言中的指针、链表操作，用来实现将PCB和RCB加入队列尾部、从队列中删除、转移至阻塞队列等操作，以及进程的调度执行等。

本实验中我们采
用的带头结点的链表来实现各种操作。

（3）基于优先级的调度算法、时间片轮转调度算法、抢占式调度算法的综合应用。

3、模块调用关系：
本实验中，我们组共编写了三个头文件（、、）和四个源文件、、、，因此可以分为主函数设计模块、进程管理设计模块、资源管理设计模块和test shell设计模块。

在主函数模块中，需要调用其他三个模块，如创建进程、展示父子子进程等操作，需要调用进程管理设计模块；调度算法的执行、展示各种队列等，需要调用test shell 设计模块；
在进程管理设计模块中，像销毁PCB等操作，需要执行对RCB的释放，则需调用test shell设计模块；
在资源管理设计模块中，提供一些最小的操作，不调用其他模块；
在test shell设计模块中，设计到对资源和进程的各种操作，需要调用资源管理设计模块和进程管理设计模块。

（三）进程管理设计模块详细设计（本部分我负责实现）
我们的计划是在在进程管理设计模块中，实现关于进程的各种最基础的结构和操作，具体包括：
实现PCB结构体、PCB链表、PCB子节点链表；
实现对PCB链表的初始化、对子节点链表的初始化、新建PCB、对PCB链表中进行删除、插入、移除（不free）、从等待和阻塞队列中获取PCB得知、打印当前PCB父
节点、打印当前PCB父节点、打印当前PCB子节点链表、插入子队列的尾部、从子队列尾部删除。

1、进程状态与操作
（1）进程状态
共ready/running/blocked三种状态,通过结构struct实现，代码如下：
struct{
int running;
int blocked;
int ready;
1、}PCB_STATUS;mytest2”可执行文件，结果如下：
由此可以看出，在“while（j）”处进入死循环，程序的第二条输出语句不会被执行。

2、先关闭bochs和虚拟机，再右键，选择debugger，点击start，在console界面输
入c后回车，在display界面中再次输入./mytest2，运行之前写好分程序，再回到console界面进行Ctrl+c操作：
3、在控制窗口中输入sreg命令，查看段的具体信息。

根据ds段的信息是可以确定索
引号为标蓝的13位，即索引号为02H，TI为标红的1位，对应TI=1，因此可知段描述符放在LDT中，并且为LDT表的第三项。

0x0017=0000 0000 0001 0111B
4、查看LDTR寄存器，其中存放了LDT在GDT的位置，可知索引号为标蓝的13位，即
索引为0DH，表示LDT起始地址存放在GDT的第14项。

0x0068=0000 0000 0110 1000B
5、查看GDTR寄存器，其中存放了GDT在内存中的起始地址5CB8H：
6、由上图可知，GDT在内存中的起始地址为5CB8H，因为每一个段描述符由8个字节
组成，则LDT的首地址为：
（GDTR）+0x0D*8 = 0x5CB8 + 0x0D*8 = 0x5D20
执行xp /2w 0x5cb8+0x0d*8，查看GDT中对应的表项，得到LDT段描述符：
根据原理中的数据结构，由上图可知LDT的基址为：0x00fd92d0。

7、因为段描述符在LDT表中的偏移量为2，,所以执行xp /2w 0x00fd92d0+2*8，查看
LDT中第3项段描述符，即ds段的描述符信息，应与ds寄存器（dl、dh）中的数值完全相同，比较见下图：
与此同时，根据原理中的数据结构和表项，由上图计算出DS段基址为0x1000 0000，与用sreg得到信息一致：
8、程序运行显示j的偏移地址为0x3004：
，换算为二进制，并按照10-10-12比特进行划分：
0001 0000 0000 0000 00110000 0000 0100 B
可知页目录索引为1000000B，即64；页表索引为11b，即3；页内偏移为100B，即4。

9、使用creg查看寄存器CR3 值为0，即页目录表的起始地址为0。

使用xp /w 64*4，查看PDE为0x00fa6027,
0x00fa6027 = 0000 0000 1111 1010 0110 0000 0010 0111 B
将标红的为20位下一级索引，左移12位，得到下一级索引为0x00fa6000：
10、执行xp /w 0x00fa6000+3*4，查看PTE为0x00fa3067：
同理，下一级索引为0x00fa3000，得到物理地址为0x00fa3000+4。

11、使用xp /w 0x00fa3000+4,内容为0x00123456，与C语言源程序中为J设置的
值相同：
12、执行setpmem 0x00fa3004 4 0,设置0x00fa5004开始的四个字节均为0，并检
查是否成功：
由上图可知，设置成功。

13、在Console输入c继续运行程序，在Display显示程序正常结束，实验成功：
一、实验数据及结果分析：
修改j的值为0后，再运行程序，程序可以正常结束，显示“program terminated normally!”,实验成功（每一步的具体分析及原理见报告第八部分，图文并茂，非常漂亮）。

二、实验结论：
通过本次实验，结合计算机寻址过程、页式地址转换过程、计算机各种寄存器的用法等知识，成功寻找到变量的存储位置，并对变量的值进行修改，从而使程序可以正常结束，成功地完成了实验要求。

三、总结及心得体会：
（一）通过这次实验接触到了使用bochs这一虚拟机来运行linux内核，开拓了眼界；（二）加深了对计算机的寻址过程、页式地址转换过程、计算机各寄存器的用法等知识的理解和掌握；
（三）在紧张的期末复习阶段用自习的电脑再做一遍实验，写一下实验报告，截一截图，复习知识的同时放松了身心。

四、对本实验过程及方法、手段的改进建议：
可以跟汇编语言结合起来，加强学科的交叉性，还能同时巩固汇编语言。

报告评分：
指导教师签字：。