操作系统课程设计课件1.ppt

操作系统课程设计,操作系统课程设计内容,模拟采用多道程序设计方法的单用户操作系统，该操作系统包括四部分内容： 文件管理和用户接口 存储管理 设备管理 进程管理,操作系统课程设计目的,通过模拟操作系统原理的实现，加深对操作系统工作原理和操作系统实现方法的理解； 通过模拟操作系统原理的实现练习编程,课程设计具体内容和要求,文件管理和用户接口 存储管理 设备管理 进程管理,文件管理和用户接口,文件管理和用户接口部分实现的主要是单用户的磁盘文件管理部分，包括： 文件的逻辑结构 文件的物理结构 目录结构 磁盘分配回收 文件的保护 用户接口,文件管理和用户接口,此次课程设计中文件系统采用UNIX中混合索引文件结构、成组链接法 磁盘模拟 磁盘是断电后内容不丢失的，因此用文件模拟磁盘。要求模拟系统存在两块硬盘： 用一个文件disk1模拟磁盘 磁盘的每个盘块128字节，模拟磁盘共有256块。 磁盘中第0块存放专用块内容，第1、2块存放根目录，其余存放子目录和文件。,文件管理和用户接口,文件的逻辑结构 文件的逻辑结构采用流式结构； 文件的内容： 文件的内容均采用文本文件，系统中有两种文件： 一种是存放任意字符的文件 一种是可执行文件：可执行文件的内容就是系统内进程的程序体。,文件管理和用户接口,文件中要有一种特定命令的“可执行”文件，文件中的命令非常简单，仅仅包括以下几种指令： x=?; 给i赋值一位数 x+; i加1 x-; i减1 !?； 第一个？为A,B,C中某个设备，第二个？为一位数，表示使用设备的时间（由于没有实际设备，所以无法知道设备何时工作完成，所以假定一个数，这个数随着系统时间增加而递减，减到0时，认为是设备工作完成）； end. 表示文件结束，同时将结果写入文件out，其中包括文件路径名和i的值。,文件管理和用户接口,目录结构 目录结构采用树型目录结构。 目录项内容（16个字节）： 目录名、文件名：6个字节； 扩展名：3个字节（可执行文件扩展名为exe，目录没有扩展名）； 目录、文件属性：1字节； 文件长度：2字节（目录没有长度，字节数）。 地址：直接地址项1个，一级索引项1个； 预留1字节,文件管理和用户接口,根目录 根目录位置固定，占用磁盘2块，大小固定，共16项，占用模拟磁盘第1、2块； 子目录 位置不固定，大小不固定（至少建立一级子目录，最好支持多级子目录）。 磁盘分配 磁盘的分配采用混合索引结构的分配方式。系统采用成组链接法记录磁盘空间的使用情况。 空闲块每组登记10个空闲块，专用块占用第0块。 索引块中每个盘块号占用4字节，登记32块,文件管理和用户接口,用户接口 用户接口提供用户命令接口，要求文件名中既可以支持相对路径的文件名，也可支持绝对路径的路径名。要求实现以下命令： 创建文件：create 文件名 建立新文件，如果原来存在同名文件要提示是否覆盖。 拷贝文件：copy 源文件名 目标文件名 拷贝文件可同名拷贝，也可更名拷贝 删除文件：delete文件名 移动文件：move 源文件名 目标文件名 注意：磁盘内和磁盘间文件移动的不同，磁盘内的移动实际只是目录的改变，并不需要真的移动文件；磁盘间的文件移动实际上是先拷贝文件到目标磁盘，然后再删除源文件。,文件管理和用户接口,显示文件：type 文件名 仅仅是显示文件内容。 编辑文件：edit 文件名 要求此命令完成对文件的编辑，注意只读文件不可以修改。 改变文件属性：change 文件名 属性 将文件在只读和非只读、隐藏和非隐藏之间转换。 磁盘格式化命令 format 盘符 建立目录：makdir 目录 建立目录，若同名目录存在则建立失败。 改变目录路径：chadir目录 改变当前目录。,文件管理和用户接口,删除空目录：rdir 目录 当前目录、非空目录、根目录不能删除。 删除目录：deldir 目录 既可删除空目录又可删除非空目录，对于非空目录，首先要删除其下文件和目录然后才能删除其本身。 运行可执行文件：可执行文件的文件名（可创建创建进程）。 上述命令在实际系统中都是需要建立进程才可以实现的，这里由于模拟系统的能力达不到，所以除运行可执行文件需要建立进程外，其他指令执行不必在模拟系统中建立进程。 注意打开文件表。,文件管理和用户接口,屏幕显示 屏幕显示要求包括： 用户命令接口，用于系统运行时用户输入命令； 磁盘目录显示，要求显示磁盘的树型目录结构； 磁盘使用情况，显示磁盘每一个磁盘块的空间是否空闲。,存储管理,存储管理部分主要实现主存空间的分配和回收、存储保护。 模拟系统中，采用页是存储管理方案（PCB区域单独存放） 系统区包括pcb区域、位示图 用数组模拟其他内存区域，大小为512字节。,存储管理,主存的模拟 采用数组来模拟主存的用户区，每个数组元素占用一个字节 实验中主存大小为512个字节，每个主存块16个字节 数据结构 本次实验采用页式管理策略对主存进行分配和回收策略, 采用位示图记录主存使用情况,存储管理,主存分配策略 当有程序要存放入主存时，查看空闲块总数是否够用，如果够用，先分配一块用来存放页表，然后查位示图中为“0”的位，根据查到的位所在的字号和位号可计算出对应的块号，同时在该位填上占用标志“1”，并填写页表；不够用，分配失败。 块号=字号*字长+位号 主存回收策略 根据页表归还存储空间时，可以根据归还块的块号推算出在位示图中的位置： 字号=块号/位示图中字长 位号=块号mod位示图中字长 然后把这一位的“1”清成“0”，表示该块成为空闲块了 最后回收页表所占用空间,存储管理,屏幕显示 主存使用情况示意图，哪些主存已经分配，哪些主存未分配，以不同的颜色表示（例如，红色表示已分配，蓝色表示未分配）。 正在运行的进程对应指令存放的位置以特殊颜色显示。,设备管理,设备管理主要包括设备的分配和回收。 设备的模拟 模拟系统中有A、B、C三种独占型设备，A设备3个，B设备2个，C设备1个。 数据结构 因为模拟系统比较小，因此只要设备表设计合理既可。 设备分配 采用先来先服务策略。 设备回收 回收设备后，要注意唤醒等待设备的进程。 屏幕显示 屏幕显示要求包括：每个设备是否被使用，哪个进程在使用该设备，哪些进程在等待使用该设备。,进程管理,进程管理主要包括进程调度，进程的创建和撤销、进程的阻塞和唤醒，中断作用的实现。 硬件工作的模拟： 中央处理器的模拟 用函数CPU( )（该函数不能有参数）模拟中央处理器。 该函数主要负责解释“可执行文件”中的命令。 x=?; x+; x-; !?； end. 注意：CPU只能解释指令寄存器IR中的指令。一个进程的运行时要根据进程执行的位置，将对应的指令存放到指令寄存器中。,进程管理,主要寄存器的模拟 用全局变量模拟重要寄存器，如cpu重要寄存器，程序状态寄存器PSW、指令寄存器IR，程序计数器PC，数据缓冲寄存器DR等。 中断的模拟 中断的发现应该是硬件的工作，这里在函数CPU中加检测PSW的方式来模拟 在CPU（）函数中，每执行一条指令之前，先检查PSW，判断有无中断，若有进行中断处理，然后再运行解释指令。 CPU函数应该不断循环执行的。,进程管理,模拟中断的种类和中断处理方式： 程序结束（执行指令end形成的中断，软中断）：将结果写入文件out，其中包括文件路径名和x的值，调用进程撤销原语撤销进程，然后进行进程调度； I/O中断（设备完成输入输出）：将输入输出完成的进程唤醒，将等待该设备的一个进程同时唤醒。 时钟中断：进程时间片用完，转为就绪，重新进程调度 时钟的模拟。 系统中的绝对时钟和相对时钟用全局变量模拟。系统时钟用来记录开机以后的时间。 这里的系统时钟并不是计算机的真正的时钟，这里所说的时间只是一个单位，例如使用vb中的时钟控件实现，每触发一次timer事件，绝对时钟增1，表示增加一个时间单位，绝对时钟减1,进程管理,进程控制块 进程控制块内容包括进程标识符、主要寄存器内容、进程状态、阻塞原因等等。本模拟系统最多容纳10个进程块。 pcb区域用数组模拟。 进程控制块根据内容的不同组成不同的队列，空白进程控制块链、就绪队列和阻塞队列，正在运行的进程只有一个，系统初始时只有空白进程控制块链。 进程调度 采用时间片轮转调度算法，采用时间片轮转调度算法时间片为5。 进程调度函数的主要工作是： 将正在运行的进程保存在该进程对应进程控制块中； 从就绪队列中选择一个进程； 将这个进程中进程控制块中记录的各寄存器内容恢复到CPU各个寄存器内。,进程管理,进程控制 建立四个函数模拟进程创建、撤销、阻塞和唤醒四个原语。 进程创建create 进程创建的主要工作是： 第一步，申请空白进程控制块； 第二步，申请主存空间，申请成功，装入主存； 第三步，初始化进程控制块； 第四步，将进程链入就绪队列，根据情况决定是否转向进程调度。,进程管理,进程撤销destory 进程撤销的主要工作是： 第一步，回收进程所占内存资源； 第二步，回收进程控制块； 第三步，在屏幕上显示进程执行结果，进程撤销 进程阻塞block 进程阻塞的主要工作是： 第一步，保存运行进程的CPU现场； 第二步，修改进程状态；