操作系统实验指导

操作系统实验指导一、操作系统用户接口实验1．实验目的▪熟悉操作系统的命令接口、图形接口和程序接口2．实验内容▪UNIX或LINUX环境：✧熟悉开机登录进入系统、退出系统的过程。

✧使用UNIX或LINUX常用命令以及图形化接口X-Windows。

✧使用C语言编制一个小程序，使其可以通过某个系统调用来获得操作系统的服务。

▪Windows环境：✧熟悉开机登录进入系统、退出系统的过程。

✧熟悉使用命方式启动应用程序的过程、熟悉Windows图形用户接口。

✧用C语言编写一个模拟的命令解释程序。

要求自己设计一个OS命令接口，包含若干条命令，然后编写一个命令解释程序，要求对用户输入的字符串进行分析，如是命令集合中的命令，可以转到相应的函数入口（命令函数的内容不需要编写）。

（注意：C语言中使用system("command ")函数，用命令作为参数传递，调用Dos下得命令函数，例如：#include <stdlib.h>#include <stdio.h>int main( ){ printf( " ");system( "dir ");system( "pause ");}3．实验分析和思考▪操作系统向用户提供的各种接口分别适用于什么场合？4. 实验学时安排：4学时，在第一章学习完之后可以进行。

二、进程调度模拟实验1．实验目的通过对进程调度算法的模拟加深对进程概念和进程调度过程的理解。

2. 实验内容▪用C语言实现对N（N=5）个进程的调度模拟，可以采用如简单轮转法Round Robin、优先权高者优先算法Highest Priority First等，分别进行模拟调度。

▪每个用来标识进程的进程控制块PCB用结构（记录）来描述，根据需要，它包括以下字段：✧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。

采用简单轮转法时该字段无用。

✧进程已经占用的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。

✧进程状态STA TE。

✧队列指针NEXT，用来将PCB排成队列。

▪优先数改变的原则（采用简单轮转法时该字段无用）：✧进程在就绪队列中等待一个时间片，优先数增加1；✧进程每运行一个时间片，优先数减3。

▪假设在进行调度前，系统中有5个进程，它们的初始状态可以编程输入（更具有灵活性），也可以初始化为如下内容：▪为了清楚地观察诸进程的调度过程，程序应该将每个时间片内各进程的情况显示出来并暂停，参考格式如下：Running：IReady Queue：Idi，Idj，…==============================================ID PRIORITY CPUTIME ALLTIME STA TE0 P0 C0 A0 S01 P1 C1 A1 S12 P2 C2 A2 S23 P3 C3 A3 S34 P4 C4 A4 S4=============================================3．实验分析和思考▪在实际的进程调度中，还有哪些可行的算法，怎样模拟？▪在实际的进程调度中，除了按算法选择下一个运行的进程之外，操作系统还应该做哪些工作？▪为什么对进程的优先数可以按上述原则进行修改？有什么好处？4. 实验学时安排：8学时，在调度与死锁内容学习之后进行。

三、银行家算法模拟实验1．实验目的通过对银行家算法的模拟加深对死锁问题和避免死锁策略的理解。

2. 实验内容▪用C语言实现银行家算法的模拟，具体算法步骤和测试用例参见教材。

3．实验分析和思考▪银行家算法是用来做什么的？▪安全性算法找到的安全序列惟一吗？▪为什么在安全性算法中要引入work向量？4. 实验学时安排：4学时，在调度与死锁内容学习之后进行。

四、分区存储管理模拟实验1．实验目的了解动态分区存储管理方式中的数据结构和分配算法，加深对动态分区存储管理方式及其实现技术的理解。

2．实验内容▪用C语言或Pascal语言分别实现采用首次适应算法和最佳适应算法的动态分区分配过程Allocate()和回收过程Free()。

其中，空闲分区采用空闲分区链来组织，内存分配时，优先使用空闲区低地址部分的空间。

▪假设初始状态，可用内存空间为640KB，作业请求序列如下（也可以编程从键盘输入，R表示请求，F表示释放）：✧作业1请求130 KB。

✧作业2请求60 KB。

✧作业3请求100 KB。

✧作业2释放60 KB。

✧作业4请求200 KB。

✧作业3释放100 KB。

✧作业1释放130 KB。

✧作业5请求140 KB。

✧作业6请求60 KB。

✧作业7请求50 KB。

✧作业6释放60 KB。

▪要求每次分配和回收后显示出空闲区链的情况。

▪如果不能为作业的请求进行内存分配，给出相应的提示信息。

3．实验分析和思考▪采用首次适应算法和最佳适应算法，对内存的分配和回收速度有什么影响？▪如何解决碎片片问题？4. 实验学时安排：4学时，在分区存储管理内容学习之后进行。

五、请求分页存储管理模拟实验1．实验目的通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟，加深对请求分页存储管理系统的原理和实现技术的理解。

2．实验内容▪假设每个页面可以存放10条指令，分配给进程的存储块数为4。

▪用C语言或Pascal语言模拟一进程的执行过程。

设该进程工有320条指令，地址空间为32各页面，运行前所有页面均没有调入内存。

模拟运行时，如果所访问的指令已经在内存，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，此时需要记录缺页产生次数，并将相应页面调入内存，如果4个内存块已满，则需要进行页面置换。

最后显示其物理地址，并转下一条指令。

在所有指令执行完毕后，显示进程运行过程中的缺页次数和缺页率。

▪页面置换算法：分别采用OPT、FIFO、LRU三种算法。

▪进程中的指令访问次序按如下原则生成：✧50%的指令是顺序执行的。

✧25%的指令是均匀分布在低地址部分。

✧25%的指令是均匀分布在高地址部分。

▪具体实现的方法是：①在[0，319]之间随机选取一条指令作为起始执行指令，设其序号（逻辑地址）为m；②顺序执行下一条指令，即序号（逻辑地址）为m+1的指令；③通过随机数，跳转到低地址部分[0，m-1]的一条指令处，设其序号为m1；④顺序执行下一条指令，即序号为m1+1的指令；⑤通过随机数，跳转到高地址部分[m1+2，319]的一条指令处，设其序号为m2；⑥顺序执行下一条指令，即序号为m2+1的指令；⑦重复上述③——6步骤，直至执行了320条指令。

3．实验分析和思考▪如果增加分配给进程的物理块数，会对进程运行过程中的缺页率产生什么影响？▪为什么说一般情况下，LRU算法比FIFO算法具有更好的性能？4. 实验学时安排：4学时，在请求分页存储管理内容学习之后进行。

实验说明以上实验视具体实验环境、学生水平选做3-4个，其中操作系统接口实验、进程调度模拟实验、银行家算法实验为推荐实验题。

实验总学时为20学时左右。

学生应提交实验报告（包括实验目的、实验内容、实验原理说明、程序流程图、实验分析），并上机编程实现。

实验一、进程调度实验学时：81．实验目的要求：用高级语言编写和调试一个进程调度程序，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解。

2．实验主要内容：实现一个有 N个进程并发执行的进程调度程序。

说明：每个进程有一个进程控制块（ PCB）表示。

进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。

进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定（也可以由随机数产生）。

进程的到达时间为进程输入的时间。

进程的运行时间以时间片为单位进行计算。

每个进程的状态可以是就绪 W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。

就绪进程获得 CPU后都只能运行一个时间片。

用已占用CPU时间加1来表示。

如果运行一个时间片后，进程的已占用 CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。

每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的 PCB，以便进行检查。

重复以上过程，直到所要进程都完成为止。

调度算法的流程图如下 :3．实验类别：专业基础4．实验类型：操作5．主要仪器：计算机、投影仪、服务器。