操作系统课程设计任务.docx
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操作系统课程设计任务
操作系统
课程设计任务书
适用专业：
计算机科学技术
网络工程
电子专业
安徽建筑工业学院电子与信息工程学院
2014年6月
前言
对计算机科学与技术及相关专业的学生而言，操作系统是一门重要的专业基础课程。
要学好操作系统的设计原理，除了听课、看书、做习题外，最好的方法就是在实践中进行，包括使用操作系统、阅读和分析已有操作系统的源代码、自己设计小型系统/模块或模拟算法等。
从个人的角度而言，如果能够完成MINUX源代码的阅读与分析，这将对掌握操作系统的原理与设计方法不无益处。
这里，我没有向大家推荐Linux或者FreeBSD之类的操作系统（虽然我从1997年就一直向学生推荐FreeBSD），是因为这里的阅读源代码的目标是为了掌握操作系统的原理。
孟子曰：
“富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈，此之谓大丈夫。
”我的理解，即使不能够按照孟老夫子的话去做大丈夫，如果能够做到“时髦不能跟”，也就可以做真正的自己了。
对我们课程的学习，也就是这个道理吧。
操作系统实践，按深度可分为使用级、观察级、系统管理级、源码阅读级和实现级等五个层次。
具体地，
1.使用级：
是指如何使用操作系统，包括对命令（以及菜单和shell）、系统调用和系统文件的使用。
2.观察级：
是指通过使用级的接口，从外部观察操作系统的内部工作过程和结构。
3.系统管理级：
是指系统或设备的安装、配置和性能调整。
4.源码阅读级：
是指对现有操作系统部分内核源代码的阅读。
5.实现级：
是指编程模拟实现操作系统某些功能模块。
上述五个层次的实践，不同层次的实践者可以根据自己的实际情况自主安排，在本课程设计中，每次有对各个任务的层次明确区分，大家仁者见仁吧。
如果可能，给自己创造使用Unix或类Unix的实现环境。
课程设计要求实现以后，应及时写出课程设计报告，报告应包括以下内容：
1.设计目的和内容。
2.程序说明，包括程序结构、各模块的算法。
3.调试正确的源程序。
4.程序运行记录（包括对不同测试数据的运行结果）。
5.针对实现过程中出现的问题，写出解决办法及对运行结果的分析。
本课程设计总体时间为2周（包括资料查询、设计准备、实现过程、报告书写）。
由于所有任务均涉及程序设计、数据结构与算法设计、操作系统等课程的多个知识点。
任务一：
进程管理
一、目的
WindowsNT内核的操作系统是多任务操作系统，对程与线程提供完整支持。
本任务意图通过实践掌握进程的基本概念，理解进程控制、进程同步、经典进程的同步问题、管程机制、进程通信、线程；初步熟悉多进程/多线程编程的特点。
二、设计内容
1）使用taskmgr.exe观察实现环境中的进程信息;
2）编程实现哲学家就餐问题或者读写者问题。
三、组织运行要求
根据本任务的特点、要求和具体条件，宜采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”。
相关材料可以以书面资料（或电子版本）的形式分发给学生。
学生自主练习、提问；教师针对性的辅导。
四、编程条件
-硬件环境：
Pentium300MHz以上的微型计算机；
-操作系统：
Windows2000或WindowsXP；
-编程环境：
VisualC++6.0企业版（算法模拟可以使用其它合适的C/C++编译器或编程环境）。
五、设计步骤
具体步骤如下：
1.首先使用taskmgr.exe程序观察系统中运行进程的基本信息；
2.使用taskmgr.exe程序观察系统中运行进程的详细信息；
3.编码实现哲学家就餐问题或者读写者问题。
六、思考题
1.如何编程实现获得进程的详细信息？
2.编码实现哲学家就餐问题时哲学家获取筷子的策略是什么？
3.读写者问题的实现中，什么是读者优先，什么是写者优先？
七、报告
学生在课程设计结束后必须完成课程设计报告。
报告记录应该详细的描述操作过程，并提供操作步骤以及调试程序的源代码。
任务二：
处理机调度
一、目的
本任务模拟在单处理机情况下的处理机调度，以期加深了解处理机调度算法；同时，本设计要求编程实现银行家算法，以期加深对避免死锁的理解。
二、设计内容
1）使用taskmgr.exe观察实现环境中的进程调度情况；
2）编程实现一个调度算法，推荐实现ELLF算法。
要求给出对随机测试序列能够给出调度次序；
3）编程实现银行家算法，要求在给定资源初始状态后能够动态处理进程的资源分配请求；
三、组织运行要求
根据本任务的特点、要求和具体条件，宜采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”。
相关材料可以以书面资料（或电子版本）的形式分发给学生。
学生自主练习、提问；
四、编程条件
-硬件环境：
Pentium300MHz以上的微型计算机；
-操作系统：
Windows2000或WindowsXP；
-编程环境：
VisualC++6.0企业版（算法模拟可以使用其它合适的C/C++编译器或编程环境）。
五、思考题
1.ELLF算法与LLF算法的区别在什么地方？
2.安全性检查算法的逻辑基础是什么？
六、报告
学生在课程设计结束后必须完成课程设计报告。
报告记录应该详细的描述操作过程，并提供操作步骤以及调试程序的源代码。
具体报告的书写按照课程设计报告的要求逐项完成。
任务三：
存储器管理
一、目的
本设计旨在通过使用操作系统内存分配信息的动态观察以及存储器管理算法的实现，加深对内存分配原理的理解（重点加深对请求式分页存储管理方式的理解）。
同时通过相关算法的实现，熟悉页面置换算法及其性能。
二、设计内容
1）使用taskmgr.exe观察实验环境中的进程生命周期内系统内存分配变化情况；
2）编程实现请求分页管理方式时的地址变换过程；
3）编程实现OPT或者FIFO算法
4）编程实现LRU算法；
三、组织运行要求
根据本任务的特点、要求和具体条件，宜采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”。
相关材料可以以书面资料（或电子版本）的形式分发给学生。
学生自主练习、提问；教师针对性的辅导。
四、编程条件
-硬件环境：
Pentium300MHz以上的微型计算机；
-操作系统：
Windows2000或WindowsXP；
-编程环境：
VisualC++6.0企业版（算法模拟可以使用其它合适的C/C++编译器或编程环境）。
五、思考题
1.OPT算法是否具备实用性？
？
2.OPT算法与LRU算法的区别是什么？
3.虚拟存储器的主要特征有哪些？
六、报告
学生在课程设计结束后必须完成课程设计报告。
报告记录应该详细的描述操作过程，并提供操作步骤以及调试程序的源代码。
具体报告的书写按照课程设计报告的要求逐项完成。
任务四：
文件管理
一、目的
本设计旨在通过实践了解文件管理原理与方法，重点加深对外存分配方式和文件空闲存储空间的理解。
二、内容
1）了解使用计算机系统的文件系统的格式；
2）编程实现连续分配、链接分配、索引分配等三种外存分配方式；
2）编程实现空闲表法、位示图法连续分配、成组链接法等三种文件存储空间管理方式
三、组织运行要求
根据本任务的特点、要求和具体条件，宜采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”。
相关材料可以以书面资料（或电子版本）的形式分发给学生。
学生自主练习、提问；教师针对性的辅导。
四、编程条件
-硬件环境：
Pentium300MHz以上的微型计算机；
-操作系统：
Windows2000或WindowsXP；
-编程环境：
VisualC++6.0企业版（算法模拟可以使用其它合适的C/C++编译器或编程环境）。
五、思考题
1.你使用的计算机系用中，术语文件夹与文件管理中的概念一致？
2.连续分配、链接分配、索引分配等三种外存分配方式的特点以及彼此之间的差异是什么？
3.空闲表法、位示图法连续分配、成组链接法三种文件存储空间管理方式的特点以及彼此之间的差异有哪些？
六、报告
学生在课程设计结束后必须完成课程设计报告。
报告记录应该详细的描述操作过程，并提供操作步骤以及调试程序的源代码。
具体报告的书写按照课程设计报告的要求逐项完成。
附录一、读写者问题源代码
#include"windows.h"
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineREADER'R'
#defineWRITER'W'
#defineINTE_PER_SEC1000
#defineMAX_THREAD_NUM64
#defineMAX_FILE_NUM32
#defineMAX_STR_LEN32
intreadcount=0;
intwritecount=0;
CRITICAL_SECTIONRP_Write;
CRITICAL_SECTIONcs_Write;
CRITICAL_SECTIONcs_Read;
structThreadInfo
{intserial;
charentity;
doubledelay;
doublepersist;
};
////////////////////////////////////////////
//读者优先——读者线程
//p读者线程信息
voidRP_ReaderThread（void*p）
{
//互斥变量
HANDLEh_Mutex;
h_Mutex=OpenMutex（MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutexforreadcount"）;
DWORDwait_for_mutex;//等待互斥变量所有权
DWORDm_delay;//延迟时间
DWORDm_persist;//读文件持续时间
intm_serial;//线程序号
//从参数中获得信息
m_serial=（（ThreadInfo*）（p））->serial;
m_delay=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->delay*INTE_PER_SEC）;
m_persist=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->persist*INTE_PER_SEC）;
Sleep（m_delay）;//延迟等待
printf（"readerthread%dsendsthereadingrequire.\n",m_serial）;
//等待互斥信号，保证对readcount的访问、修改互斥
wait_for_mutex=WaitForSingleObject（h_Mutex,-1）;
//读者数目增加
readcount++;
if（readcount==1）
{
//第一个读者，等待资源
EnterCriticalSection（&RP_Write）;
}
ReleaseMutex（h_Mutex）;//释放互斥信号
//读文件
printf（"readerthread%dbeginstoreadfile.\n",m_serial）;
Sleep（m_persist）;
//退出线程
printf（"readerthread%dfinishedthereadingfile.\n",m_serial）;
//等待互斥信号，保证对readcount的访问，修改互斥
wait_for_mutex=WaitForSingleObject（h_Mutex,-1）;
//读者数目减少
readcount--;
if（readcount==0）
{
//如果所有读者读完，唤醒写者
LeaveCriticalSection（&RP_Write）;
}
ReleaseMutex（h_Mutex）;//释放互斥信号
}
////////////////////////////////////////////
//读者优先——写者线程
//p写者线程信息
voidRP_WriterThread（void*p）
{
DWORDm_delay;//延迟时间
DWORDm_persist;//读文件持续时间
intm_serial;//线程序号
//从参数中获得信息
m_serial=（（ThreadInfo*）（p））->serial;
m_delay=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->delay*INTE_PER_SEC）;
m_persist=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->persist*INTE_PER_SEC）;
Sleep（m_delay）;//延迟等待
printf（"Writerthread%dsendsthewritingrequire.\n",m_serial）;
//等待资源
EnterCriticalSection（&RP_Write）;
//写文件
printf（"writerthread%dbeginstowritetothefile.\n",m_serial）;
Sleep（m_persist）;
//退出线程
printf（"writerthread%dfinishedthewrittingfile.\n",m_serial）;
//释放资源
LeaveCriticalSection（&RP_Write）;
}
////////////////////////////////////////////////////
//读者优先处理函数
//file文件名
voidReaderPriority（char*file）
{DWORDn_thread=0;//线程数目
DWORDthread_ID;//线程ID
DWORDwait_for_all;//等待所有线程结束
//互斥对象
HANDLEh_Mutex;
h_Mutex=CreateMutex（NULL,FALSE,"mutexforread_counter"）;
//线程对象的数组
HANDLEh_Thread[MAX_THREAD_NUM];
ThreadInfothread_info[MAX_THREAD_NUM];
readcount=0;//初始化readcount
InitializeCriticalSection（&RP_Write）;//初始化临界区
ifstreaminFile（file）;
//ifstreaminFile;
//inFile.open（file）;//打开文件
printf（"readerPriority:
\n\n"）;
///if（!
inFile）return;//如文件未打开，则返回
///while（!
inFile.eof（））//如文件未到文件尾，则读文件信息
while（inFile）
{
//读入每一个读者、写者的信息
inFile>>thread_info[n_thread].serial;
inFile>>thread_info[n_thread].entity;
inFile>>thread_info[n_thread].delay;
inFile>>thread_info[n_thread++].persist;
inFile.get（）;
}
for（inti=0;i<（int）（n_thread）;i++）
{if（thread_info[i].entity==READER||thread_info[i].entity=='r'）
{//创建读者线程
h_Thread[i]=CreateThread（NULL,0,（LPTHREAD_START_ROUTINE）（RP_ReaderThread）,&thread_info[i],0,&thread_ID）;
}
else
{//创建写者线程
h_Thread[i]=CreateThread（NULL,0,（LPTHREAD_START_ROUTINE）（RP_WriterThread）,&thread_info[i],0,&thread_ID）;
}
}
//等待所有线程结束
wait_for_all=WaitForMultipleObjects（n_thread,h_Thread,TRUE,-1）;
printf（"AllReaderandwriterhavefinishedoperationg.\n"）;
}
////////////////////////////////////////////
//写者优先——读者线程
//p读者线程信息
voidWP_ReaderThread（void*p）
{
//互斥变量
HANDLEh_Mutex1;
h_Mutex1=OpenMutex（MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex1"）;
HANDLEh_Mutex2;
h_Mutex2=OpenMutex（MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex2"）;
DWORDwait_for_mutex1;//等待互斥变量所有权
DWORDwait_for_mutex2;
DWORDm_delay;//延迟时间
DWORDm_persist;//读文件持续时间
intm_serial;//线程序号
//从参数中获得信息
m_serial=（（ThreadInfo*）（p））->serial;
m_delay=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->delay*INTE_PER_SEC）;
m_persist=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->persist*INTE_PER_SEC）;
Sleep（m_delay）;//延迟等待
printf（"readerthread%dsendsthereadingrequire.\n",m_serial）;
//等待互斥信号，保证对readcount的访问、修改互斥
wait_for_mutex1=WaitForSingleObject（h_Mutex1,-1）;
//进入读者临界区
EnterCriticalSection（&cs_Read）;
//阻塞互斥对象Mutex2,保证对readcount的访问、修改互斥
wait_for_mutex2=WaitForSingleObject（h_Mutex2,-1）;
//修改读者数目
readcount++;
if（readcount==1）
{
//如果是第一个读者，等待写者写完
EnterCriticalSection（&cs_Write）;
}
ReleaseMutex（h_Mutex2）;//释放互斥信号mutex2
//让其他读者进入临界区
LeaveCriticalSection（&cs_Read）;
ReleaseMutex（h_Mutex1）;
//读文件
printf（"readerthread%dbeginstoreadfile.\n",m_serial）;
Sleep（m_persist）;
//退出线程
printf（"readerthread%dfinishedthereadingfile.\n",m_serial）;
//阻塞互斥对象mutex2,保证对readcount的访问，修改互斥
wait_for_mutex2=WaitForSingleObject（h_Mutex2,-1）;
//读者数目减少
readcount--;
if（readcount==0）
{
//最后一个读者，唤醒写者
LeaveCriticalSection（&cs_Write）;
}
ReleaseMutex（h_Mutex2）;//释放互斥信号
}
////////////////////////////////////////////
//写者优先——写者线程
//p写者线程信息
voidWP_WriteThread（void*p）
{
DWORDm_delay;//延迟时间
DWORDm_persist;//读文件持续时间
intm_serial;//线程序号
DWORDwait_for_mutex3;
//互斥对象
HANDLEh_Mutex3;
h_Mutex3=OpenMutex（MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex3"）;
//从参数中获得信息
m_serial=（（ThreadInfo*）（p））->serial;
m_delay=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->delay*INTE_PER_SEC）;
m_persist=（DWORD）（（（ThreadInfo*）（p））->persist*INTE_PER_SEC）;
Sleep（m_delay）;//延迟等待
printf（"Writerthread%dsendsthewritingrequire.\n",m_serial）;
//阻塞互斥对象mutex3,保证对writecount的访问，修改互斥
wait_for_mutex3=WaitForSingleObject（h_Mutex3,-1）;
writecount++;
if（writecount==1）
{//第一个写者，等待读者读完
EnterCriticalSection（&cs_Read）;
}
ReleaseMutex（h_Mutex3）;
//进入写者临界区
EnterCriticalSection（&cs_Write）;
//写文件
printf（"writerthread%dbeginstowritetothefile.\n",m_serial）;
Sleep（m_persist）;
//退出线程
printf（"writerthread%dfinishedthewrittingfile.\n",m_serial）;
//离开临界区
LeaveCriticalSection（&cs_Write）;
//阻塞互斥对象mutex3,保证对writecount的访问，修改互斥
wait_for_mutex3=WaitFor
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