操作系统实验任务书08软件.docx
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操作系统实验任务书08软件
操作系统课程设计
任务书
一、目的、要求
1.课设目的
本次实验的时间为一周，目的是使学生进一步加深对操作系统主要管理模块的理解和掌握，并使用高级程序设计语言进行操作系统中的典型算法的模拟实现。
通过本次课程设计对操作系统的相关重要概念进一步的理解，提高学生的实践动手能力。
2.内容要求
（1）每个同学完成一个设计题目，具体的题目和要求见附件一。
（2）根据设计任务，用可视化编程工具编制程序，在机器上调试运行，并通过上机考核。
（3）要求界面设计美观，功能完整，使用方便。
（4）按照“课程设计报告规范”的要求，写出课程设计报告。
二、计划进度
序号
设计（实验）内容
完成时间
备注
1
《操作系统课程设计》动员大会
课程设计开始前1天
2
总体设计
第1工作日
3
编码与调试
第2、3工作日
4
撰写设计报告
第4工作日
5
验收检查
第5工作日
三、设计成果要求
1．设计的软件成果要统一拷贝到老师指定的磁盘中，用班级-姓名命名文件夹，所用文档拷贝在其中。
2．实验报告要按规范的格式撰写。
具体要求见附件二。
四、考核方式
1．平时考核：
考勤、学习态度、设计进度等。
2．检查验收：
运行结果、讲解、口试等。
3．报告评定：
内容与格式。
最后成绩=平时考核（30%）+检查验收（35%）+报告评定（35%）
指导教师：
李为、马炜
2010年6月30日
附件一操作系统课程设计题目
一、设计要求
1．用可视化编程工具编制程序，在机器上调试运行，并通过上机考核。
2．在3个题目中完成其中的1个。
其中题目1的难度较高，为一类题，最高成绩为优，题目2、3为二类题，最高成绩为良。
3．要求界面设计美观，功能完整，使用方便，能运行通过。
二、设计题目
题目1SP00LING假脱机输入输出技术模拟
1．设计一个实现SP001ING技术的进程
要求设计一个SP00LING输出进程和两个请求输出的用户进程，以及一个SP00LING输出服务程序。
当请求输出的用户进程希望输出一系列信息时，调用输出服务程序，由输出服务程序将该信息送入输出井。
待遇到一个输出结束标志时，表示进程该次的输出文件输出结束。
之后，申请一个输出请求块（用来记录请求输出的用户进程的名字、信息在输出井中的位置、要输出信息的长度等），等待SP00LING进程进行输出。
SP00LING输出进程工作时，根据请求块记录的各进程要输出的信息，将其实际输出到打印机或显示器。
这里，SP00LING输出进程与请求输出的用户进程可并发运行。
2．设计进程调度算法
进程调度采用随机算法，这与进程输出信息的随机性相一致。
两个请求输出的用户进程的调度概率各为45％，SP00LING输出进程为10％，这由随机数发生器产生的随机数来模拟决定。
3．进程状态
进程基本状态有3种，分别为可执行、等待和结束。
可执行态就是进程正在运行或等待调度的状态；等待状态又分为等待状态1、等待状态2和等待状态3。
状态变化的条件为：
①进程执行完成时，置为“结束”态。
②服务程序在将输出信息送输出井时，如发现输出井已满，将调用进程置为“等待状态1”。
③SP00LING进程在进行输出时，若输出井空，则进入“等待状态2”。
④SP00LING进程输出一个信息块后，应立即释放该信息块所占的输出井空间，并将正在等待输出的进程置为“可执行状态”。
⑤服务程序在输出信息到输出井并形成输出请求信息块后，若SP00LING进程处于等待态，则将其置为“可执行状态”。
⑥当用户进程申请请求输出块时，若没有可用请求块时，调用进程进人“等待状态3”。
4．数据结构
①进程控制块PCB
structpcb
{intid；／*进程标识数*／
Intstatus；／*进程状态*／
Intcount：
／*要输出的文件数*／
Intx：
／*进程输出时的临时变量*／
}PCB[3]；
status＝
其中，
0为可执行态；
1为等待状态1，表示输出井满，请求输出的用户进程等待；
2为等待状态2，表示请求输出井空，SP00LING输出进程等待；
3为等待状态3，表示请求输出井满，请求输出的用户进程等待；
4为结束态，进程执行完成。
②请求输出块reqblock
struct{
intreqname；／*请求进程名*／
intlength；／*本次输出信息长度*／
intaddr；／*信息在输出井的首地址*／
}reqblock：
[10]；
③输出井BUFFER
SP00LING系统为每个请求输出的进程在输出井中分别开辟一个区。
本实验可设计一个二维数组（intbuffer[2][100]）作为输出井。
每个进程在输出井最多可占用100个位置。
5．编程说明
为两个请求输出的用户进程设计两个输出井。
每个井可存放100个信息，即buffer[2][100]。
为此，设计两个计数器，使用数组C1[2]，分别表示两个用户进程可使用的输出井的空间。
其初值c1[0]，c1[1]都为100。
用C2[2][2]二维指针数组表示输出井使用情况。
C2[0][0]代表buffer[1]的第一个可用空缓冲指针，C2[0][1]代表buffer[0]的第一个满缓冲指针；C2[1][0]代表buffer[1]的第一个可用空缓冲指针，C2[1][1]代表buffer[1]的第一个满缓冲指针。
每个用户进程请求输出文件的个数由用户从键盘输入而定。
当用户进程将其所有文件输出完时，终止运行。
为简单起见，用户进程简单地设计成：
每运行一次，随机输出数字0～9之间的一个数，且用0作为文件结束标志。
当输出值为零时，就形成一个请求信息块，填入请求输出信息块reqblock结构中。
这个输出请求块结构也有一个计数器C3，表示当前系统剩余的请求输出信息块个数，初值为10。
另外，再设两个指针Pt1和Ptr2表示请求输出块使用情况。
Ptr1是要输出的第一个请求输出块指针，初值为0；Ptr2是空闲请求输出块指针，初值也为0。
两个指针按模10进行变化，即把请求输出块结构数组看成是一个环型数组。
根据Ptr1和Ptr2的变化，确定请求输出块的使用情况。
主程序中包括（或调用）调度程序。
调度程序中包括一个随机数函数，以该函数值为依据，按照如图1所示框图调度3个进程。
完成对各数据结构的初始化。
6．程序框图
（1）SP00LING输出模拟系统主控流程图如图1所示。
图1SP00LING输出模拟系统主控流程图
（2）SP00LING输出服务程序由请求输出的两个用户进程调用，程序流程图如图2所示。
图2输出请求服务的程序框图
（3）SPOOLING输出进程流程图如图3所示。
图3SP00LING输出进程流程图
题目2用位示图管理磁盘空间的分配与回收
要求打印或显示程序运行前和运行后的位示图，以及分配和回收磁盘的物理地址过程。
提示
（1）假定现有一个磁盘组，共40个柱面。
每个柱面4个磁道，每个磁道又划分成4个物理记录。
磁盘的空间使用情况用位示图表示。
位示图用若干个字构成，每一位对应一个磁盘块。
1表示占用，0表示空闲。
为了简单，假定字长为16位，其位示图如图9—1所示。
系统设一个变量S，记录磁盘的空闲块个数。
位
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
字0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
2
....
39
图9—1位示图
（2）申请一个磁盘块时，由磁盘块分配程序查位示图，找出一个为0的位，并计算磁盘的物理地址（即求出柱面号、磁道号（也即磁头号）和扇区号）。
由位示图计算磁盘的相对块号的公式如下：
相对块号一字号×16+位号
之后再将相对块号转换成磁盘的物理地址：
由于一个柱面包含的扇区数＝每柱面的磁道数×每磁道的扇区数＝4×4＝16，故柱面号＝相对块号／16的商，即柱面号＝字号
磁道号＝（相对块号／16的余数）／4的商，即（位号／4）的商
物理块号＝（相对块号／16的余数）／4的余数，即（位号／4）的余数
（3）当释放一个相对物理块时，运行回收程序，计算该块在位示图中的位置，再把相应位置0。
计算公式如下：
先由磁盘地址计算相对块号：
相对块号＝柱面号×16+磁道号×4+物理块号
再计算字号和位号：
字号＝相对块号／16的商，也即字号＝柱面号
位号＝磁道号×物理块数／每磁道+物理块号
（4）按照用户要求，申请分配一系列磁盘块，运行分配程序，完成分配。
然后将分配的相对块号返回用户，并将相对块号转换成磁盘绝对地址，再显示系统各表和用户已分配的情况。
（5）磁盘空间分配框图如图4所示。
（6）设计一个回收算法，将上述已分配给用户的各盘块释放。
并显示系统各表。
回收算法框图如图5所示。
图4磁盘空间分配框图图5磁盘空间回收框图
题目3模拟UNlX系统的空闲块成组链接法实现磁盘空间管理
提示
（１）假定磁盘存储空间中，空闲块以N个盘块为一组，已划分成M组。
假设N＝3，M＝3，磁盘共有7块，则空闲块成组链接如图6所示。
图6空闲块成组链接
N＝3，即每3块为一组。
其中，第一组只有2块，以后的各组3块为一组，每组第一块登记前一组的空闲块号和空闲块数，最后一组由超级块管理。
超级块用来登记最后一组的块数及块号。
（2）可用一个二维数组A来管理成组链接：
A[M][N]。
其中M是空闲块分成的组数，N为每组的磁盘块数。
用A[0]表示超级块，管理最后一组的空闲块。
这样A[0][0]表示超级块中管理的空闲块数，A[0][1]表示超级块中管理的第一个空闲块号，A[0][2]表示超级块中管理的第二个空闲块号，A[0][3]表示超级块中管理的第三个空闲块号，实际管理的块数由最后组的块数决定。
A[1]管理第2组的空闲块。
A[2]管理的是第一组的空闲块。
采用栈式存取方式对数组进行操作。
为模拟实际系统，可再定义一个一维数组，作为主存专用块。
系统初启时，先将超级块中的信息复制到主存专用块中。
当用户申请一个磁盘块时，查主存专用块这个一维数组，找出一空闲块号。
当找到的这块为这组最后一块时，在将空闲块分给用户之前，先将这块存储的一组空闲块信息复制到主存专用块中。
之后再分配给用户。
分配算法如图7所示。
图7空闲块成组链接分配算法框图
（3）释放一磁盘块时，若当前主存专用块还不满，则将释放块直接登记到专用块中；若已满，则另建一组，并将该释放块作为新组的第一块，然后再把主存专用块的内容复制到该释放块中。
之后将新建组的这个块的块号放入主存专用块中，并将块计数置为1。
算法结束。
回收算法如图8所示。
（4）设计该程序，要求能显示或打印分配的磁盘块号，并显示分配或释放后空闲块链的情况。
N
Y
图8空闲块成组链接分配算法框图
附件二设计报告要按规范的格式
课程设计报告
（2009--2010年度第二学期）
课程名称:
操作系统实验
课设题目:
院系:
控制与计算机工程学院
班级:
姓名:
指导教师:
设计周数:
一周
成绩:
2010年7月9日
设计报告内容
一、需求分析
二、整体功能及设计（功能划分及流程图）
三、编程实现（要求有注释）
四、使用说明
五、结果分析
排版要求
一、首页按老师给定模版填写，注意线条长度不要改变。
二、标题一、（一级标题）设黑体四号字，左对齐，单倍行距、段前段后0.5行
标题1.（二级标题）设黑体小四号字，首行缩进2字符，单倍行距、段前段后0.5行
正文设宋体小四号字，首行缩进2字符，单倍行距，两端对齐。
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