操作系统实验题目及实验报告要求.pdf

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1、 操作系统实验题目及实验报告要求 Prepared on 21 November 2021 实 验 报 告 实验课程：操作系统实验 学生姓名：王桥 学 号：24 专业班级：计科 123 班 2014 年 6 月 3 日 目 录 一、实验一 1 二、实验二 7 三、实验三 21 四、实验四 28 五、实验五 33 南昌大学实验报告 -（1）操作系统安装及其接口环境 学生姓名：王桥 学 号：24 专业班级：计科123班 实验类型：验证 综合 设计 创新 实验日期：实验成绩：一、实验目的 熟悉 Windows1（执行程序）2模拟 PV 操作同步机构，且用 PV 操作解决生产者消费者问题。模拟 PV

2、操作同步机构，且用 PV 操作解决生产者消费者问题。提示：(1)PV 操作同步机构，由 P 操作原语和 V 操作原语组成，它们的定义如下：P 操作原语 P(s)：将信号量 s 减去 1，若结果小于 0，则执行原语的进程被置成等待信号量 s 的状态。V 操作原语 V(s)：将信号量 s 加 1，若结果不大于 0，则释放一个等待信号量 s 的进程。这两条原语是如下的两个过程：procedure p (var s:semaphore);begin s:=s-1;if s0 then W(s)end p procedure v(var s:semaphore);begin s:=s+1;if s=0

3、then R(s)end V 其中 W(s)表示将调用过程的进程置为等待信号量s 的状态；R(s)表示释放一个等待信号量 s 的进程。在系统初始化时应把 semaphore 定义为某个类型，为简单起见，在模拟实验中可把上述的 semaphore 直接改成 integer。（2）生产者消费者问题。假定有一个生产者和消费者，生产者每次生产一件产品，并把生产的产品存入共享缓冲器以供消费者取走使用。消费者每次从缓冲器内取出一件产品去消费。禁止生产者将产品放入已满的缓冲器内，禁止消费者从空缓冲器内取产品。假定缓冲器内可同时存放 10 件产品。那么，用 PV 操作来实现生产者和消费者之间的同步，生产者和消

4、费者两个进程的程序如下：B:array 0.9 of products;s1,s2:semaphore;IN,out;integer;IN:=0;out:=0;cobegin procedure producer;c:products;begin L1:produce(c);p(s1);BIN:=C;IN:=(IN+1)mod 10;v(s2);goto L1 end;procedure consumer;x:products;begin L2:P(s2);x:=Bout;out:=(out+1)mod 10;v(s1);consume(x);goto L2 end;coend 其中的 sem

5、aphore 和 products 是预先定义的两个类型，在模拟实现中semaphore 用integer 或 char 等代替。（3）进程控制块 PCB。为了纪录进程执行时的情况，以及进程让出处理器后的状态，断点等信息，每个进程都有一个进程控制块 PCB。在模拟实验中，假设进程控制块的结构如图4-1。其中进程的状态有：运行态、就绪态、等待态和完成态。当进程处于等待态时，在进程控制块 PCB 中要说明进程等待原因（在模拟实验中进程等待原因为等待信号量s1或s2）；当进程处于等待态或就绪态时，PCB 中保留了断点信息，一旦进程再度占有处理器则就从断点位置继续运行；当进程处于完成状态，表示进程执行

6、结束。图 4-1 进程控制块结构（4）处理器的模拟。计算机硬件提供了一组机器指令，处理器的主要职责是解释执行机器指令。为了模拟生产者和消费者进程的并发执行，我们必须模拟一组指令和处理器职能。模拟的一组指令见图 4-2，其中每条指令的功能由一个过程来实现。用变量 PC 来模拟“指令计数器”，假设模拟的指令长度为 1，每执行一条模拟指令后，PC 加 1，指出下一条指令地址。使用模拟的指令，可把生产者和消费者进程的程序表示为图 4-3 的形式。定义两个一维数组 PA0.4和 SA0.4,每一个 PAi存放生产者程序中的一条模拟指令执行的入口地址；每个 SAi存放消费者程序中的一条模拟指令执行的入口进

7、程名 状态 等待原因 断点 地址。于是模拟处理器执行一条指令的过程为：取出 PC 之值，按 PAPC 或 SAPC得模拟指令执行的入口地址，将 PC 之值加 1，转向由入口地址确定的相应的过程执行。（5）程序设计 本实验中的程序由三部分组成：初始化程序、处理器调度程序、模拟处理器指令执行程序。各部分程序的功能及相互间的关系由图 4-4 至图 4-7 指出。模拟的指令 功能 P(s)执行 P 操作原语 V(s)执行 v 操作原语 put BIN:=product;IN:=(IN+1)mod 10 GET X:=Bout;out:=(out+1)mod 10 produce 输入一个字符放入 C

8、中 consume 打印或显示 x 中的字符 GOTO L PC:L NOP 空操作 图 4-2 模拟的处理器指令 序号 生产者程序 消费者程序 0 produce P(s2)1 P(s1)GET 2 PUT V(s1)3 V(s2)consume 4 goto 0 goto 0 图 4-3 生产者和消费者程序 初始化程序：模拟实验的程序从初始化程序入口启动，初始化工作包括对信号量 S1、S2 赋初值，对生产者、消费者进程的 PCB 初始化。初始化后转向处理器调度程序，其流程如图 4-4 处理器调度程序：在计算机系统中，进程并发执行时，任一进程占用处理器执行完一条指令后就有可能被打断而让出处理

9、器由其他进程运行。故在模拟系统中也类似处理，每当执行一条模拟的指令后，保护当前进程的现场，让它成为非运行状态，由处理器调度程序按随机数再选择一个就绪进程占用处理器运行。处理器调度程序流程见图 4-5。图 4-4 初始化流程 模拟处理器指令执行程序：按“指令计数器”PC 之值执行指定的质量，且 PC 加 1指向下一条指令。模拟处理器指令执行的程序流程见图 4-6 和 4-7。开始 初始化信号量 S1，S2 S1:=10，S2:=0 生产者和消费者进程的PCB 中状态为就绪，断点为 0 另外，为了使得模拟程序有一个结束条件，在图 4-6 中附加了“生产者运行结束”的条件判断，模拟时可以采取人工选择

10、的方法实现。图 4-7 给出了 P（S）和 V（S）模拟指令执行过程的流程。其他模拟指令的执行过程已在图 4-2 中指出。四、实验报告（1）实验题目。（2）打印源程序并附上注释。（3）从键盘上输入一组字符，由生产者每次读入一个字符供消费者输出。运行模拟程序，打印依次读入的字符和消费者输出的字符。（4）把生产者和消费者进程中的P 操作、V 操作都改成空操作指令，观察在两者不同步的情况下可能出现的与时间有关的错误。打印依次读入的字符和消费者输出的字符。图 4-5 处理器调度程序流程 （1）模拟 P（S）（2）模拟 V（S）图 4-7 模拟 PV 操作的执行 三、实验要求 1、linux 操作系统

11、2、Windows 操作系统 四、主要实验步骤 linux 操作系统下的操作步骤：gedit (编辑程序)gcc o semaphore （编译、链接程序）./semaphore（执行程序）生产者和消费者的代码：#include const unsigned short SIZE_OF_BUFFER=5;.;std:cerr Succeed std:endl;.;g_bufferin=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr Succeed PC 结束 保护现场，PC=当前进程 PCB的断点 有就绪进程 否 是 开始 SS-1 将调用 P(s)过程

12、的进程置为就绪 将调用 P(s)过程的进程置为等待信号量 s的状态 S0 返回 否 是 开始 SS+1 将调用 V(s)过程的进程置为就绪 找一个等待 s 信号量的进程置为就绪态 S0 返回 否 是 P(s)GOTO 空操作 Put GET produce consume V(s)开始 j:=PC 按 j 转向各模拟指令对应的过程 现行进 程为生产者 否 是 j:=SAi j:=PAi PC:=i+1 置现行进程为就绪态 生产者运行结束 置生产者进程为完成态 是 否 图 4-6 模拟处理器指令执行 ConsumeID=g_bufferout;out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER

13、;std:cerr Succeed std:endl;.;std:cerr Succeed std:endl;计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。A.FIFO 先进先出的算法 B.LRU 最近最少使用算法 CLFU 最少访问页面算法 三、实验要求 1、需写出设计说明；2、设计实现代码及说明 3、运行结果；四、主要实验步骤 1、最少使用（LFU）页面置换算法设计说明 该算法主要是将最近时期页面使用最少的页面作为淘汰页。这里通过设立count32这个计数数组记录 32 页的调用次数，通过比较来确定要调出的页面。但如果没产生缺页就只需对所调页数对应的count 值加 1 即可。2、最近最

14、久未使用（LRU）页面置换算法设计说明：这个算法同 FCFS 算法的不同之处在于，每产生一条随机指令，如果和4 个内存块中的某一个页数相同的话，就要对这4 个内存块中的页数重新排序，将每次要置换出去的页数放在 mem_volume3中，这样，在每次产生缺页的时候，都先将所缺页数写入到该内存块，然后再排序，将其放到mem_volume0中去。3、先进先出（FIFO）算法设计说明：按照所要求的产生随机指令序列，存放在 order320这个数组中。通过循环产生这些随机指令，每产生一条都要进行下列判断：是否和内存中即mem _volume4中存放的页面相同，如果相同则不做任何操作，如果不相同，则产生缺

15、页，相应的缺页次数加一，按照 fcfs 将最先进入内存的页数淘汰，并将该页写到内存中去。重复上面的操作直到完成这 320 条指令。f%n,add/10,sum/10);printf(*n);return 0;*n);f%n,add/10,sum/10);printf(*n);return 0;f%n,add/10,sum/10);printf(*n);return 0;五、实验数据及处理结果 六、实验体会或对改进实验的建议 这次实验是最后一次实验，代码量比较大，但实现起来都比较容易，因为这三个算法之间总体的思路是不变的，即先判断是否和内存块中的页数相同，如果相同执行相应操作，如果不同，产生缺页，再执行相应操作。但有一个细节问题，要使第一次调入的页数产生缺页，于是将 mem_volume4中的值都初始化为 100（大于 32 即可），这样第一次调入便会产生缺页。这个细节虽然在结果中不能够得到体现，但是我想做不管怎样都应该全面的去考虑问题。总之，这次的操作系统实验使我受益匪浅。