模拟操作系统的设计与实现

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1、**大学计算机科学与技术学院---------操作系统课程设计报告书课题名模拟操作系统的设计与实现班级姓名学号指导教师日期一、实验目的总体任务：设计一个模拟操作系统，能够完成①处理机管理②死锁的避免③主存的可变分区管理④虚拟存储器管理⑤磁盘空间的管理⑥磁盘的驱动调度管理，这6项功能。①处理机管理（进程调度管理）：通过对进程调度算法的模拟，进一步理解进程的基本概念，加深对进程运行状态和进程调度过程以及调度算法的理解。②死锁的避免：模拟进程的资源分配算法，了解死锁的产生和避免的办法，主要通过银行家算法来进行死锁的避免。③主存的可变分区管理：通过对可变分区存储管理的模拟，深入了解可变分区存

2、储管理的原理，加深对如何实现主存空间的分配和回收的认识。④虚拟存储器管理：能够实现地址重定位，通过模拟LRU、OPT、FIFO等缺页调度算法，加深对请求分页管理的理解。⑤磁盘空间的管理：通过位示图和空白文件目录来实现磁盘空间的管理，深入了解磁盘空间的管理的方法和原理。⑥磁盘的驱动调度管理：通过模拟先来先服务、最短查找时间优先以及电梯调度算法，来实现磁盘的驱动调度，加深对于这3种调度算法的理解。二、设备与环境1.硬件设备：PC机一台。2.软件环境：安装Windows操作系统或者Linux操作系统，并安装相关的程序开发环境，如CC++Java等编程语言环境。三、设计原理㈠处理机管理（

3、进程调度管理）：1.先来先服务算法（FCFS）先来先服务算法按照作业进入系统后备作业队列的先后次序挑选作业,先进入系统的作业将优先被挑选进入主存,创建用户进程,分配所需资源,然后移入就绪队列。2.最短作业优先算法（SJF）最短作业优先算法以进入系统的作业所要求的CPU运行时间的长短为标准，总是选取预计计算时间最短的作业投入运行。3.时间片轮转调度算法（RR）循环轮转调度算法的具体原理是：每个进程被分配一个时间片，即该进程允许运行的时间。就绪的进程都存放在一个就绪链表中，队首的进程将获得时间片。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给下一个进程。调度程序所要做的就是维护

4、一张就绪进程列表，当进程用完它的时间片后，它被移到队列的末尾。㈡死锁的避免：1.银行家算法：其思路是先对用户提出的请求进行合法性检查，即检查请求的是否大于需要的，是否不大于可利用的。若请求合法，则进行试分配。最后对试分配后的状态调用安全性检查算法进行安全性检查。若安全，则分配；否则，不分配，恢复原来状态，拒绝申请。㈢主存的可变分区管理：1.可变分区存储管理：又称为动态分区模式，按照作业的大小来划分分区，但划分的时间、大小、位置都是动态的。㈣虚拟存储器管理：1.最近最少使用页面替换算法（LRU）：在LRU算法中，被淘汰的页面是在最近一段时间内最久未被访问的那一页。2.最佳页面替换算法（

5、OPT）：它是由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。其所选择的被淘汰页面，将是以后永不使用的或者是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法，通常可保证获得最低的缺页率。3.先进先出页面替换算法（FIFO）：基于程序总是按线性顺序来访问物理空间这一假设，总是淘汰最先调入主存的页面，即淘汰在主存中驻留时间最长的页面，认为驻留时间最长的页不再使用的可能性较大。㈤磁盘空间的管理：1.位示图：位示图用若干个字构成，每一位对应一个磁盘块，“1”表示占用，“0”表示空闲。2.空白文件目录：空白文件目录表用来对整个磁盘的未用空间进行管理，每个空白文件占用其中的一个表目。㈥磁

6、盘的驱动调度管理：1．先来先服务算法（FCFS）：这是一种比较简单的磁盘调度算法。它根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。此算法的优点是公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况。此算法由于未对寻道进行优化，在对磁盘的访问请求比较多的情况下，此算法将降低设备服务的吞吐量，致使平均寻道时间可能较长，但各进程得到服务的响应时间的变化幅度较小。2．最短查找时间优先算法（SSTF）：该算法选择这样的进程，其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短，该算法可以得到比较好的吞吐量，但却不能保证平均寻道时间最短。其缺点是对用

7、户的服务请求的响应机会不是均等的，因而导致响应时间的变化幅度很大。在服务请求很多的情况下，对内外边缘磁道的请求将会无限期的被延迟，有些请求的响应时间将不可预期。3．电梯调度算法：每次总是选择沿移动臂的移动方向最近的那个柱面，若同一柱面上有多个请求，还需进行旋转优化。如果当前移动方向上没有访问请求时，就改变移动臂的移动方向，然后处理所遇到的最近的I/O请求。四、详细设计㈠处理机管理（进程调度管理）：1.定义两个结构体worktime和jcb，具体功能分别如下