【正文】 《 操作系統(tǒng)原理》實驗指導(dǎo)書羊四清 編 寫適用專業(yè)： 計算機科學(xué)與技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)工程 湖南人文科技學(xué)院計算機科學(xué)技術(shù)系 2008年 8 月前 言操作系統(tǒng)是計算機的核心和靈魂。操作系統(tǒng)軟件的設(shè)計對整個計算機的功能和性能起著至關(guān)重要的作用，所以此門課也是必不可少的，是面向計算機科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、軟件工程等大多數(shù)計算機專業(yè)本科生開設(shè)的一門計算機專業(yè)課程。操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心，《操作系統(tǒng)》課程是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要必修課。本課程的目的是使學(xué)生掌握現(xiàn)代計算機操作系統(tǒng)的基本原理、基本設(shè)計方法及實現(xiàn)技術(shù)，具有分析現(xiàn)行操作系統(tǒng)和設(shè)計、開發(fā)實際操作系統(tǒng)的基本能力。操作系統(tǒng)實驗是操作系統(tǒng)課程的重要組成部分，屬于學(xué)科基礎(chǔ)實驗范疇。作為與相關(guān)教學(xué)內(nèi)容配合的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)在操作系統(tǒng)理論課教學(xué)過程中開設(shè)。操作系統(tǒng)是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，操作系統(tǒng)實驗的作用是：理解操作系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)思路，掌握典型算法。基本要求是：理解進程的概念，理解死鎖，掌握銀行家算法；掌握請求頁式存儲管理的實現(xiàn)原理及頁面置換算法。學(xué)生應(yīng)具有高級語言編程能力、具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)知識。說明：．目錄實驗一 進程創(chuàng)建模擬 1實驗二 進程撤銷模擬 9實驗三 P、V 原語的模擬實現(xiàn) 10實驗四 帶優(yōu)先級的時間片輪換的進程調(diào)度算法的實現(xiàn) 16實驗五 銀行家算法模擬 26實驗六 連續(xù)動態(tài)內(nèi)存管理模擬實現(xiàn) 29實驗七 請求頁式存儲管理中常用頁面置換算法模擬 31實驗八 SCAN 磁盤調(diào)度模擬實現(xiàn) 36實驗九 UNIX基本操作 373實驗一 進程創(chuàng)建模擬實驗學(xué)時：2實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗?zāi)康?） 理解進程創(chuàng)建相關(guān)理論；2） 掌握進程創(chuàng)建方法；3） 掌握進程相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。二、實驗內(nèi)容本實驗針對操作系統(tǒng)中進程創(chuàng)建相關(guān)理論進行實驗。要求實驗者輸入實驗指導(dǎo)書提供的代碼并進行測試。代碼簡化了進程創(chuàng)建的多個步驟和內(nèi)容。進程的樹形結(jié)構(gòu)采用廣義二叉樹的方式進行存儲。三、實驗原理1）進程控制塊為了描述和控制進程的運行，系統(tǒng)為每個進程定義了一個進程控制塊（PCB），它是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)管理進程最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其主要包含四類信息：(1) 進程標(biāo)識符它唯一地標(biāo)識一個進程。通常包括進程號 pid，父進程號 ppid 和用戶號 uid。(2) 處理機狀態(tài)處理器的狀態(tài)通常由處理機的各種寄存器中的內(nèi)容組成。PCB 存放中斷（阻塞，掛起）時的各寄存器值，當(dāng)該進程重新執(zhí)行時，可以從斷點處恢復(fù)。主要包括： a) 通用寄存器； b) 指令計數(shù)器； c) 程序狀態(tài)字 PSW； d) 用戶棧指針。(3) 進程調(diào)度信息 a) 進程狀態(tài)； b) 進程優(yōu)先級（用于描述優(yōu)先使用 cpu 級別的一個整數(shù)，高優(yōu)先級的進程先得到cpu，通常情況下，優(yōu)先值越小優(yōu)先級越高）； c) 其它信息（等待時間、總執(zhí)行時間等）； d) 事件（等待原因）。(4) 進程控制信息 a) 程序和數(shù)據(jù)的地址（程序在內(nèi)存和外存中的首址）； b) 進程同步和通信機制； c) 資源列表（進程除 CPU 以外的所有資源）； d) 鏈接指針（進程隊列中指向下一個進程的 PCB 首址）。2) 進程創(chuàng)建流程 (1) 申請空白 PCB 為新進程申請獲得唯一的數(shù)字標(biāo)識符，并從 PCB 集合中索取一個空白 PCB。如果無空白PCB，可以創(chuàng)建一個新的 PCB。在本實驗中，每次動態(tài)創(chuàng)建 PCB。 (2) 為新進程分配資源 為新進程分配內(nèi)存空間和棧空間。 (3) 初始化進程控制塊 a) 初始化標(biāo)識信息； b) 初始化處理機狀態(tài)信息； c) 初始化處理機控制信息。 (4) 將新進程插入就緒隊列P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12 3) 進程樹 圖 11 進程樹 進程樹用于描述進程家族關(guān)系，如圖 11 中可以看出，進程 P1 創(chuàng)建了進程 PPPP5，而 P2 又創(chuàng)建了 PPP8 …… 。在進程創(chuàng)建過程中，需要對每一個新增加的進程加入到進程樹中，有了清晰的父子關(guān)系，可以使資源繼承或進程刪除等操作變得很方便。4) 進程總鏈它是一個 PCB 鏈表，每一個新創(chuàng)建的進程必須把其 PCB 放入總鏈中，該總鏈可以對破壞的進程樹進行修復(fù)，也方便 PCB 查找。四、程序清單 文件ifndef basic_hincludeincludeincludedefine basic_hchar *errormsg[256]。//process control blockstruct pcb{ int pid。//process id int ppid。//parent process id int prio。//priority int state。//state int lasttime。//last execute time int tottime。 //totle execute time}。//process nodestruct pnode{ pcb *node。 pnode *sub。 pnode *brother。 pnode *next。}。//信號量struct semphore{ char name[5]。 //名稱 int count。//計數(shù)值 int curpid。//當(dāng)前進程 id pnode *wlist。 //等待鏈表}。define geterror(eno) printf(%s\n,errormsg[eno]) void initerror(){ errormsg[0] = (char *)malloc(20)。 errormsg[0]=error mand!。 errormsg[1] = (char *)malloc(20)。 errormsg[1]=error parameter!。}//get a substring in string schar * substr(char *s,int start,int end){ char *s1。 int len = strlen(s)。 if(start0 || end=len || startend) return NULL。 s1=(char *)malloc(endstart+2)。 for(int i=0。i=endstart。i++) s1[i] = s[i+start]。 s1[i]=39。\039。 return s1。}//find the location of c in string sint instr(char *s,char c){ unsigned i。 for(i=0。istrlen(s)。i++) if(s[i]==c) return i。 return 1。}//change the string to array dataint * strtoarray(char *s){ int *a,count,x1。 unsigned int i。 char c, *s1,*s2。 if(!s) { printf(string can39。t be null!\n)。 return NULL。 } count=0。 s1=s。 for(i=0。istrlen(s1)。i++) if(s1[i]==39。,39。) count++。 count++。 a = (int *)malloc(count)。 c=39。,39。 for(i=0。icount。i++) { x1 = instr(s1,c)。 if(x1=0) s2=substr(s1,0,x11)。 else s2=s1。 a[i]=atoi(s2)。 if(c==39。,39。) s1=substr(s1,x1+1,strlen(s1)1)。 } return a。}endif源程序include pnode *proot。//system process tree rootpnode *plink。//system process link head//create processint createpc(int *para){ //add your code here pnode *p,*p1,*pp。 int pflag。 pflag=0。 for(p=plink。p。p=pnext) { if(pnodepid == para[0]) //check if this pid is already exist { printf(pid %d is already exist!\n,para[0])。 return 1。 } if(pnodepid == para[1]) //find parent pcb { pflag=1。 pp = p。 } } if(!pflag) { printf(parent id %d is not exist!\n,para[1])。 return 2。 }//init new pcbp1 = new pnode。p1node=new pcb。p1nodepid = para[0]。p1nodeppid = para[1]。p1nodeprio = para[2]。p1sub=NULL。p1next=NULL。p1brother=NULL。//add to process treeif(!ppsub) ppsub=p1。else{ for(p=ppsub。pbrother。p=pbrother)。 pbrother=p1。}// add to process linkfor(p=plink。pnext。p=pnext)。pnext=p1。return 0。}//show process detailvoid showdetail(){ //add your code here pnode *p,*p1。 p=plink。 for(。p。) //print all pcb info { printf(%d(prio %d):,pnodepid,pnodeprio)。 p1 = psub。 for(。p1。) //print sub pcb { printf(%d(prio %d),p1nodepid,p1nodeprio)。 p1 = p1brother。 } printf(\n)。 p = pnext。 } printf(\n)。}//don39。t changevoid main(){ initerror()。 short cflag,pflag。 char cmdstr[32]。 proot = new pnode。 prootnode=new pcb。 prootnodepid=0。 prootnodeppid=1。 prootnodeprio=0。 prootnext=NULL。 prootsub=NULL。 prootb