《操作系统》课程设计报告

长江大学操作系统课程设计报告系（院）：计算机科学学院专业班级：软工******姓名： ******* ***学号： 2013*****指导教师： *** **设计时间： 2015.12.27 - 2016.1.5设计地点： 4教5楼机房目录一、基本要求 (3)二、课程设计内容 (3)三、运行环境 (3)四、算法原理 (3)4.1银行家算法原理 (3)4.2页面置换算法原理 (3)4.3电梯调度算法原理 (4)五、程序结构 (4)5.1银行家算法结构 (4)5.2页面置换算法结构 (5)5.3电梯调度算法结构 (6)六、核心代码 (7)6.1银行家算法核心代码 (7)6.2页面置换算法核心代码 (13)6.3电梯调度算法核心代码 (17)七、运行结果截图 (20)7.1银行家算法截图 (20)7.2页面置换算法截图 (21)7.3电梯调度算法截图 (22)八、总结 (23)一、基本要求1．熟悉操作系统原理知识，理解各类管理算法。

2．能根据具体问题的数据特点，选用适当的数据结构，实现数据的组织和管理。

3．进一步巩固程序设计与数据结构的实践技能。

二、课程设计内容1．银行家算法模拟；2．页面置换算法模拟（OPT，FIFO，LRU）；3．电梯调度算法（磁盘调度）模拟。

三、运行环境编程语言：C++，编程软件Microsoft Visual C++6.0，操作系统：Windows7。

四、算法原理4.1银行家算法原理银行家算法：系统中有限的资源要供多个进程使用，必须保证得到的资源的进程能在有限的时间内归还资源，以供其他进程使用资源。

如果资源分配不得到就会发生进程循环等待资源，则进程都无法继续执行下去的死锁现象。

把一个进程需要和已占有资源的情况记录在进程控制中，假定进程控制块PCB其中“状态”有就绪态、等待态和完成态。

当进程在处于等待态时，表示系统不能满足该进程当前的资源申请。

”资源需求总量”表示进程在整个执行过程中总共要申请的资源量。

显然，，每个进程的资源需求总量不能超过系统拥有的资源总数, 银行算法进行资源分配可以避免死锁.4.2页面置换算法原理OPT：是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。

数组next[mSIZE]记录物理块中对应页面的最后访问时间。

每当发生缺页时，就从物理块中找出最后访问时间最大的页面，调出该页，换入所缺的页面。

FIFO：是用队列存储内存中的页面，队列的特点是先进先出，与该算法是一致的，所以每当发生缺页时，就从队头删除一页，而从队尾加入缺页。

或者借助辅助数组time[mSIZE]记录物理块中对应页面的进入时间，每次需要置换时换出进入时间最小的页面。

LRU：是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。

数组flag[10]标记页面的访问时间。

每当使用页面时，刷新访问时间。

发生缺页时，就从物理块中页面标记最小的一页，调出该页，换入所缺的页面。

4.3电梯调度算法SCAN算法在磁头当前移动方向上选择与当前磁头所在磁道距离最近的请求作为下一次服务的对象。

由于磁头移动规律与电梯运行相似，故又称为电梯调度算法。

当设备无访问请求时，磁头不动；当有访问请求时，磁头按一个方向移动，在移动过程中对遇到的访问请求进行服务，然后判断该方向上是否还有访问请求，如果有则继续扫描；否则改变移动方向，并为经过的访问请求服务，如此反复。

五、程序结构5.1银行家算法结构1.银行家算法:设进程y提出请求Request[x]，则银行家算法按如下规则进行判断。

(1)如果Request[x]>Need[y，x]，则报错返回。

(2)如果Request[x]>Available，则进程y进入等待资源状态，返回。

(3)假设进程i的申请已获批准，于是修改系统状态：Available=Available-RequestAllocation=Allocation+RequestNeed=Need-Request(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。

2.安全性检查(1)设置两个工作向量Work=Available；Finish[M]=False(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，Finish [y]=FalseNeed<=Work如找到，执行(3)；否则，执行(4)(3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。

Work=Work+AllocationFinish=True(4)如所有的进程Finish[x]=true，则表示安全；否则系统不安全。

3.数据结构#define False 0#define True 1const int x=50,y=100; //定义常量，便于修改int Available[x]; //各种资源可利用的数量int Allocation[y][y]; //各进程当前已分配的资源数量int Max[y][y]; //各进程对各类资源的最大需求数int Need[y][y]; //还需求矩阵int Request[x]; //申请各类资源的数量int Work[x]; //工作向量，表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数量int Finish[y]; //表示系统是否有足够的资源分配给进程，0为否，非0为是int p[y]; //存储安全序列int i,j;int n,m; //n为进程的数量,m为资源种类数int l=0,counter=0;5.2页面置换算法程序结构开始载入页号序列，从第0个得到页号将页号放入物理块中，编号加1Y引用串编号大于物理块数?YY页号在物理块中?Y根据选择的置换算法完成置换Y页号序列载完?Y结束5.3电梯调度算法将磁道号用冒泡法从小到大排序，输出排好序的序列，输入当前磁道号，选择移动臂的移动方向，根据当前磁道在已排的序列中的位置，选择扫描的顺序，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。

六、核心代码6.1银行家算法核心代码#include <iostream> #include <stdio.h> #include <stdlib.h>#include <conio.h> #include <string.h>using namespace std;//===定义全局变量===const int x=50,y=100; //定义常量，便于修改//===数字判断函数===int shuzi(int sz) //输入数据并判断是否为数字{******* }//===系统初始化函数===void chushihua(){******}//===安全性算法函数===void safe(){l=0;for (i=0; i<n;) //i++{if (Finish[i]==0) //寻找Finish[i]==0的进程条件一{counter=0; //记数器//算法：for (j=0; j<m; j++)if (Work[j]>=Need[i][j]); //可用大于等于需求else{ counter=1;break;}if(counter!=1) //进程的每类资源量都符合条件Work[j]>=Need[i][j] 条件二{p[l]=i; //存储安全序列Finish[i]=1; //标志为可分配for (j=0; j<m; j++){ Work[j]=Work[j]+Allocation[i][j]; //释放资源}l=l+1; //记数,当L=N时说明满足安全序列,即都符合条件Work[j]>=Need[i][j]i= -1; //从第一个进程开始继续寻找满足条件一二的进程}}i++; //for循环继续寻找}}//===显示分配情况函数===void showdata() //函数showdata,输出当前资源分配情况{int i,j; //局部变量int All[y]; //各种资源的总数量int l2; //局部变量l1,cout<<"==============================================================="<<endl<<e ndl;cout<<"%% 系统当前状态如下：%%"<<endl<<endl;cout<<"%% 各种资源的总数量(all):"<<endl;for (j=0; j<m; j++){cout<<" 资源"<<j<<": ";All[j]=Available[j]; //初始化先赋值加上可利用量for (i=0; i<n; i++){All[j]+=Allocation[i][j]; //再加上每个进程已分配量计算J类资源总量}cout<<All[j]<<" ";if ((j+1)%5==0 ) cout<<endl; //每行显示五个&& j!=0}cout<<endl<<endl;cout<<"%% 系统目前各种资源可用的数为(available):"<<endl;for (j=0; j<m; j++){cout<<" 资源"<<j<<": "<<Available[j]<<" ";if((j+1)%5==0) cout<<endl; //每行最多显示五个&& j!=0}cout<<endl<<endl;cout<<"%% 各进程已经得到的资源量(allocation): "<<endl;// l1=0; //归零for(i=0; i<=m/5; i++) //设计每行最多显示五种资源{for (j=i*5; j<i*5+5 && j<m; j++) cout<<" 资源"<<j;cout<<endl;for(l2=0; l2<n; l2++){cout<<"进程"<<l2<<":";for (j=i*5; j<i*5+5 && j<m; j++) cout<<Allocation[l2][j]<<" ";cout<<endl;}}cout<<endl;cout<<"%% 各进程还需要的资源量(need):"<<endl;//l1=0;for(i=0; i<=m/5; i++) //设计每行显示五种资源{for (j=i*5; j<i*5+5 && j<m; j++)cout<<" 资源"<<j;cout<<endl;for(l2=0; l2<n; l2++){cout<<"进程"<<l2<<":";for (j=i*5; j<i*5+5 && j<m; j++)cout<<Need[l2][j]<<" ";cout<<endl;}} cout<<endl;cout<<"============================================================="<<endl;cout<<endl;system("pause"); // 暂停}//===签名函数===void sign(){*******}//===银行家算法函数===void bank(){cout<<"==========================================================="<<endl<<endl;cout<<"%% 以下开始为进程进行资源分配申请%%"<<endl<<endl;//===申请资源===int k=0;//用于输入进程编号bool r=false; // 初值为假，输入Y继续申请则置为真do{//输入请求cout<<"请输入申请资源的进程编号(输入0--"<<n-1<<"之间): ";k=shuzi(k);cout<<endl;while(k>n-1) //输入异常处理{cout<<endl<<"您输入了错误的进程号，请重新输入!"<<endl;cout<<endl<<"请输入申请资源的进程编号(输入0--"<<n-1<<"之间): ";k=shuzi(k);cout<<endl;}cout<<endl<<"请输入该进程申请各类资源的数量: "<<endl;for (j=0; j<m; j++){do //do……while 循环判断申请输入的情况{cout<<"进程"<<k<<" 申请资源["<<j<<"]的数量:";Request[j]=shuzi(Request[j]);cout<<endl;if(Request[j]>Need[k][j]) //申请大于需求量时出错，提示重新输入（贷款数目不允许超过需求数目）{cout<<"申请大于需要量!!!"<<endl;cout<<"您申请资源"<<j<<"的数量为"<<Request[j]<<",大于进程"<<k<<"对该资源需求量"<<Need[k][j]<<"。