操作系统试验讲义

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第一章试验目的与要求

1.1试验目的

操作系统课程是计算机类相关专业的一门必修的专业基础课，该课程以经典操作系统基本原理和概念为框架，详细介绍了操作系统对计算机系统软、硬件进行管理的理论和技术，是一门理论性较强的课程。

操作系统试验是帮助学生理解操作系统理论，模拟实现操作系统部分管理功能的重要的实践性教学环节，是培养学生分析问题和解决问题能力的有效手段。通过试验，加深学生对讲授的相关理论知识的理解，使学生能够将理论与实践相结合。

1.2试验要求

在上机试验前要求学生应事先做好准备工作，以提高上机试验的效率。准备工作至少应包括：

（1）熟练把握一种高级程序设计语言及上机调试程序的方法；（2）复习并把握与试验相关的教学内容；

（3）准备好上机所需的程序，手编程序应书写整齐，并经人工检查无误后才能上机，以提高上机效率；

（4）对运行程序中可能出现的问题应事先做出估计，对程序中自己有疑问的地方，应作上记号，以便在上机时给予注意；

（5）准备好调试和运行程序的数据；

试验终止后写出试验报告，试验报告内容包括：试验题目、试验目的、试验内容、试验要求及源程序、试验结果、试验体会。

其次章试验内容

试验1模拟处理器调度1.处理器调度算法

处理器调度算法有7种，本试验要求使用先进先出（FIFO）调度算法或最短作业优先（SJF）调度算法模拟实现操作系统对处理器调度的方法。

FIFO调度算法是依照作业到达系统或进程进入就绪队列的先后次序来调度作业或进程占有处理器，一旦一个作业或进程占有处理器，它就一直运行下去，直到该作业或进程完成了其工作或因等待某事件的发生而不能继续运行才释放处理器。

最短作业优先调度算法是从磁盘输入井或就绪队列中挑拣所需的运行时间最短的作业或进程占有处理器。该算法具有不可抢占性。

例2-4设有4道作业，它们的提交时间及执行时间如表2-5所示。要求在单道程序环境下，分别写出采用先进先出调度算法和最短作业优先调度算法时的作业调度顺序。

表2-5

作业号提交时间执行时间110.02.0

210.21.0310.40.5410.50.3

解：（1）采用先进先出调度算法，作业的调度顺序是：1、2、3、4。（2）采用最短作业优先调度算法，作业的调度顺序是：1、4、3、2。2.试验目的

通过本试验模拟实现操作系统对处理器调度方法。3.试验内容

使用高级程序设计语言，编写实现处理器调度的程序。4.试验要求

仿循例2-4输入不少于5个作业的作业号、提交时间和执行时间，依照先进先

出调度算法或最短作业优先调度算法编写程序，输出调度作业序列。

5.试验学时6学时

试验2死锁的避免——银行家算法1.银行家算法

操作系统在若干个并行进程间分派数量一定的共享资源，既要使每个进程均能满足其对资源的要求，使之完成其运行任务，同时又要使整个系统不会产生死锁所采用的方法，即银行家算法。银行家算法是解决资源共享问题的一种算法，是研究如何将有限的资源合理分派给多个进程使用，同时系统又不会发生死锁问题的一种算法。

银行家算法分为单资源银行家算法和多资源银行家算法。（1）单资源银行家算法

假定系统有某种共享资源，其数量为R，现有三个进程P1、P2、P3同时申请此资源，系统当前可用资源数量为R0，三个进程已分派此种资源的向量为A=(A1,A2,A3)，各进程对该资源的请求向量为C=(C1,C2,C3)。

单资源银行家算法是从系统的当前状态出发，逐个检查各个进程，谁能完成其工作（即请求资源数量不超过当前可用资源的数量），然后假定其完成了工作且归还了全部资源，对该进程进行标记，再进而检查剩余进程谁又能完成工作……假使所有进程均能完成工作，则当前系统状态安全，可以按进程标记的顺序（即安全序列）分派共享资源R，否则当前系统处于担忧全状态。

例2-1用银行家算法判断下述每个状态是否安全，假使安全写出安全序列，假使担忧全说明理由。

①状态1

进程已分派资源向量请求资源向量P124P243P351P402当前共享资源的可分派数量为：1

解：依照单资源银行家算法资源的分派状况如下：进程现有资源向量请求资源向量P311P164P283P4122所以状态1是安全的，依照单资源银行家算法资源分派的安全序列为（P3，P1，P2，P4）（注意安全序列不唯一）。

②状态2

进程已分派资源向量请求资源向量P144P236P353当前共享资源的可分派数量为：2

解：状态2是担忧全状态。由于当前共享资源的可分派数量无法满足任何一个进程的请求资源数量，所以，依照单资源银行家算法可以判断，共享资源无法分派给任何一个进程，当前系统处于担忧全状态。

（2）多资源银行家算法

假定系统中有n个进程P1,P2,…Pn,m类资源R1,R2,…Rm。系统拥有每类资源的向量R=(R1,R2,…Rm)。系统当前可用资源向量V=(V1,V2,…Vm)。C11C12…C1m

C21C22…C2m

各进程当前对资源的请求矩阵C=……Cn1Cn2…Cnm

A11A12…A1mA21A22…A2m

当前资源分派矩阵A=……

An1An2…Anm

多资源银行家算法是从系统的当前状态出发，逐个检查各个进程，谁能完成其工作（即请求各类资源的数量不超过当前可用资源向量），然后假定其完成了工作且归还了全部资源，对该进程进行标记，再进而检查剩余进程谁又能完成工作……假使所有进程均能完成工作，则当前系统状态安全，可以按进程标记的顺序（即安全序列）分派共享资源R，否则当前系统处于担忧全状态。

例2-2用银行家算法判断下述状态是否安全，假使安全写出安全序列，假使担忧全说明理由。

资源状况已分派资源请求资源可用资源进程R1R2R3R1R2R3R1R2R3P1202111102

P2

010011

P3111310P4110001解：依照多资源银行家算法资源可进行如下分派：资源状况现有资源请求资源已分派资源

进程R1R2R3R1R2R3R1R2R3P4102001110

P1

212111202

P2414011010P3424310111所以当前系统状态是安全的，依照多资源银行家算法资源分派的安全序列为（P4，P1，P2，P3）（注意安全序列不唯一）。

2.试验目的

通过本试验模拟实现操作系统管理有限资源，避免产生死锁的方法。3.试验内容

使用高级程序设计语言，编写实现银行家算法（单资源银行家算法、多资源银行家算法）的程序。

4.试验要求

仿循例2-1和例2-2，利用银行家算法编程，判断系统是否处于安全状态。要求运行程序时，输入数据包括：进程数量，已分派资源向量（或矩阵），请求资源向量（或矩阵）和可使用资源向量；程序运行结果是：假使系统当前状态是安全的，则输出资源分派的安全序列，假使系统当前状态是担忧全的，则显示此次请求资源不能满足的提醒即可。

5.试验学时4/6学时试验3模拟存储分派管理1.存储分派管理算法

可变分区的存储器分派管理算法一般有三种：（1）最正确适应法

最正确适应法要求空闲分区按从小到大递增的顺序排列，在进行内存分派时，从空闲分区表首开始顺序查找，直到找到第一个能满足其大小要求的空闲分区为止，然后，再依照作业大小，从该分区中划出一块内存空间分派给请求者，剩余的空闲分区仍留在空闲分区表中；否则分派失败。

（2）最先适应法

最先适应法要求空闲分区按地址递增的顺序排列，在进行内存分派时，从空闲分区表首开始顺序查找，直到找到第一个能满足其大小要求的空闲分区为止，然后，再依照作业大小，从该分区中划出一块内存空间分派给请求者，剩余的空闲分区仍留在空闲分区表中；否则分派失败。

（3）最坏适应法

最坏适应法要求空闲分区按大小递减的次序排列，在进行内存分派时，先检查空闲分区表中的第一个空闲分区，若第一个空闲分区小于所要求的大小，则分派失

败；否则从该空闲分区中划出作业大小的一块内存空间分派给请求者，剩余的空闲分区仍留在空闲分区表中。

例2-3某系统的空闲分区表如表2-1所示。现有作业序列：96K、20K、200K，若分别使用最正确适应法、最先适应法和最坏适应法，试问哪种算法能够满足作业序列的请求。

表2-1空闲分区表

分区号大小起始地址132K100K210K150K35K200K4218K220K596K530K

解：

①采用最正确适应法

分派后的空闲分区表如表2-2所示。采用最正确适应法能够满足作业序列的请求。

表2-2分派后的空闲分区表

分区号大小起始地址112K100K210K150K35K200K418K220K

②采用最先适应法

分派96K和20K的作业后，空闲分区表如表2-3所示。此时已经没有能够满足200K作业大小的空闲分区，所以采用最先适应法不能满足作业序列的请求。

表2-3分派后的空闲分区表

分区号大小起始地址112K100K210K150K35K200K4122K220K5