操作系统实验 设备管理

操作系统实验名称实验六设备管理姓名专业学号日期 2015年12月01日指导老师一、实验目的1.理解设备管理的概念和任务。

2.掌握独占设备的分配、回收等主要算法的原理并编程实现。

二、实验内容与要求1.在Windows系统中，编写程序实现对独占设备的分配和回收的模拟，该程序中包括：建立设备类表和设备表、分配设备和回收设备的函数。

三、实验原理1.独占设备的分配、回收等主要算法的原理。

为了提高操作系统的可适应性和可扩展性，现代操作系统中都毫无例外地实现了设备独立性，又叫做设备无关性。

设备独立性的含义是：应用程序独立于具体使用的物理设备。

为了实现独占设备的分配，系统设置数据表格的方式也不相同，在实验中只要设计合理即可。

这里仅仅是一种方案，采用设备类表和设备表。

（1）数据结构操作系统设置“设备分配表”，用来记录计算机系统所配置的独占设备类型、台数以及分配情况。

设备分配表可由“设备类表”和“设备表”两部分组成，如下设备类表设备表控制器表通道表设备队列队首指针。

凡因请求本设备而未得到满足的进程，其PCB都应按照一定的策略排成一个队列，称该队列为设备请求队列或简称设备队列。

其队首指针指向队首PCB。

在有的系统中还设置了队尾指针。

设备状态。

当设备自身正处于使用状态时，应将设备的忙/闲标志置“1”。

若与该设备相连接的控制器或通道正忙，也不能启动该设备，此时则应将设备的等待标志置“1”。

与设备连接的控制器表指针。

该指针指向该设备所连接的控制器的控制表。

在设备到主机之间具有多条通路的情况下，一个设备将与多个控制器相连接。

此时，在DCT中还应设置多个控制器表指针。

（2）设备分配1)当进程申请某类设备时，系统先查“设备类表”。

2)如果该类设备的现存台数可以满足申请要求，则从该类设备的“设备表”始址开始依次查该类设备在设备表中的登记项，找出“未分配”的设备分配给进程。

3)分配后要修改设备类表中的现存台数，把分配给进程的设备标志改为“已分配”且填上占用设备的进程名。

4)然后，把设备的绝对号与相对号的对应关系通知用户，以便用户在分配到的设备上装上存储介质。

（3）设备回收当进程执行结束撤离时应归还所占设备，系统根据进程名查设备表，找出进程占用设备的登记栏，把标志修改为“未分配”，清除进程名。

同时把回收的设备台数加到设备类表中的现存台数中。

设备分配程序的改进增加设备的独立性：为了获得设备的独立性，进程应使用逻辑设备名I/O。

这样，系统首先从SDT中找出第一个该类设备的DCT。

若该设备忙，又查找第二个该类设备的DCT，仅当所有该类设备都忙时，才把进程挂在该类设备的等待队列上，而只要有一个该类设备可用，系统便进一歩计算分配该设备的安全性。

四、程序流程图设备独立性五、实验程序#include<iostream>using namespace std;//数据结构typedef struct node{char name[10];char devname[10];struct node *next;}PCB;//进程PCB * run;//执行队列//typedef struct Node{char identify[10];//标识int state;//设备状态PCB *blocking;//阻塞队列指针}CHCT;//通道控制表CHCT * CH1, * CH2;//设置两个通道为ch1,ch2//typedef struct NOde{char identify[10];//标识int state;//设备状态CHCT * chct;//CHCTPCB *blocking;//阻塞队列指针struct NOde *next;}COCT;//控制器控制表COCT * cohead;typedef struct NODe{char identify[10];//标识char type;//设备类型int state;//设备状态int times;//重复执行次数PCB *blocking;//阻塞队列指针COCT * coct;//COCT}DCT;//设备控制表typedef struct NODE{char type;//类别char identify[10];//标识DCT * dct;//DCT设备控制表//驱动入口地址struct NODE *next;}SDT;//系统设备表SDT * head;SDT * checkdel;void Init(){PCB * ch1block,* ch2block,* co1block,* co2block,* co3block,* d1block,* d2block,* d3block,* d4block;//进程控制块COCT * CO1,* CO2,* CO3;DCT *d1,*d2,*d3,*d4;SDT *s1,*s2,*s3,*s4;//=================================================run=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));run->next=NULL;CH1=(CHCT *)malloc(sizeof(CHCT));CH2=(CHCT *)malloc(sizeof(CHCT));strcpy(CH1->identify,"ch1");strcpy(CH2->identify,"ch2");CH1->state=0;CH2->state=0;ch1block=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));ch1block->next=NULL;ch2block=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));ch2block->next=NULL;CH1->blocking=ch1block;CH2->blocking=ch2block;cohead=(COCT *)malloc(sizeof(COCT));cohead->next=NULL;CO1=(COCT *)malloc(sizeof(COCT));cohead->next=CO1;CO1->next=NULL;CO2=(COCT *)malloc(sizeof(COCT));CO1->next=CO2;CO2->next=NULL;CO3=(COCT *)malloc(sizeof(COCT));CO2->next=CO3;CO3->next=NULL;CO1->state=0;CO2->state=0;CO3->state=0;co1block=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));co1block->next=NULL;co2block=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));co2block->next=NULL;co3block=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));co3block->next=NULL;strcpy(CO1->identify,"co1");strcpy(CO2->identify,"co2");strcpy(CO3->identify,"co3");CO1->chct=CH1;CO2->chct=CH1;CO3->chct=CH2;CO1->blocking=co1block;CO2->blocking=co2block;CO3->blocking=co3block;//===================================================== d1block=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));d2block=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));d3block=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));d4block=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));d1block->next=NULL;d2block->next=NULL;d3block->next=NULL;d4block->next=NULL;d1=(DCT *)malloc(sizeof(DCT));strcpy(d1->identify,"P");//p表示打印机设备d2=(DCT *)malloc(sizeof(DCT));strcpy(d2->identify,"T");//t表示显示器设备d3=(DCT *)malloc(sizeof(DCT));strcpy(d3->identify,"K");//k表示键盘设备d4=(DCT *)malloc(sizeof(DCT));strcpy(d4->identify,"M");//m表示鼠标设备d1->coct=CO1; //控制器d2->coct=CO2;d3->coct=CO3;d4->coct=CO3;d1->state=0;//状态d2->state=0;d3->state=0;d4->state=0;d1->type='o';//o表示输出设备outputd2->type='o';d3->type='i';//i表示输入设备d4->type='i';d1->blocking=d1block;d2->blocking=d2block;d3->blocking=d3block;d4->blocking=d4block;//================================head=(SDT *)malloc(sizeof(SDT));head->next=NULL;s1=(SDT *)malloc(sizeof(SDT));s2=(SDT *)malloc(sizeof(SDT));s3=(SDT *)malloc(sizeof(SDT));s4=(SDT *)malloc(sizeof(SDT));head->next=s1;s1->next=s2;s2->next=s3;s3->next=s4;s4->next=NULL;s1->dct=d1;s2->dct=d2;s3->dct=d3;s4->dct=d4;strcpy(s1->identify,"P");strcpy(s2->identify,"T");strcpy(s3->identify,"K");strcpy(s4->identify,"M");s1->type='o';s2->type='o';s3->type='i';s4->type='i';//testSDT *temp=head->next;}//============================================ //添加设备时候，添加新控制器，把控制器加到最后void Addcotrol (COCT *temp)//添加控制器函数{COCT *cotemp=cohead;while(cotemp->next!=NULL){cotemp=cotemp->next;}cotemp->next=temp;temp->next=NULL;}//查看所有控制器，选择所要连接的控制器void Showallco(){COCT *temp=cohead->next;while(temp!=NULL){cout<<temp->identify<<" ";temp=temp->next;}cout<<endl;}//查找要连接的控制器COCT * Findco(char a[]){COCT * temp=cohead->next;while(temp!=NULL){if(!strcmp(temp->identify,a)){return temp;}temp=temp->next;}return temp;}//删除设备时候，判断是不是同时删除控制器,等于1删，0不删int sf_deleteco(char a[],char b[]){SDT *temp;temp=head->next;while(temp!=NULL){if((strcmp(temp->identify,a))&&((!strcmp(temp->dct->coct->identify,b)))) {return 0;}temp=temp->next;}return 1;}//删除设备的时候同时删除控制器void Deletecotrol(COCT *te){COCT * temp=cohead;while(temp->next!=te){temp=temp->next;}temp->next=te->next;delete(te);}//添加设备，查找设备是不是已经存在int sf_exist(char a[]){SDT *temp;if(head->next==NULL){return 0;}else{temp=head->next;while(temp!=NULL){if(!strcmp(a,temp->identify)){checkdel=temp;return 1;}temp=temp->next;}return 0;}}//申请设备时候，如果忙，将设备挂到等待队列void Addwaitpcb(PCB * p1,PCB * p2){PCB *temp=p1;while(temp->next!=NULL){temp=temp->next;}temp->next=p2;p2->next=NULL;}//回收设备时候，对PCB的操作void Deletepcb(char a[]){PCB * temp2=run->next,* temp=run;while(temp2!=NULL){if(!strcmp(temp2->devname,a)){temp->next=temp2->next;delete(temp2);break;}temp=temp2;temp2=temp->next;}}//判断等待队列是不是空int sf_pcbnull(PCB *temp){if(temp->next==NULL){return 0;}else return 1;}//查看所有设备状态void Showmenu(){PCB * ptemp=run->next;SDT * temp=head->next;DCT * dtemp;COCT * cotemp;CHCT * chtemp;cout<<"SDT"<<" i/o"<<" COCT"<<" CHCT"<<endl;while(temp!=NULL){dtemp=temp->dct;cotemp=dtemp->coct;chtemp=cotemp->chct;cout<<dtemp->identify<<"["<<dtemp->state<<"]"<<"\t"<<dtemp->type<<"\t"<<cot emp->identify<<"["<<cotemp->state<<"]"<<"\t"<<chtemp->identify<<"["<<chtemp->state<<"]"<<endl;temp=temp->next;}while(ptemp!=NULL){cout<<"进程"<<ptemp->name<<"申请了设备"<<ptemp->devname<<endl;ptemp=ptemp->next;}cout<<endl;}//设备独立性时候查找要查找的类型是不是存在int sf_typeexist(char ch){SDT *temp;if(head->next==NULL){return 0;}else{temp=head->next;while(temp!=NULL){if(temp->type==ch){return 1;}else temp=temp->next;}}return 0;}//增加设备void Adddevice(){cout<<"增加设备"<<endl;//写入设备名称SDT * stemp,* s2temp;COCT *cotemp;DCT *temp;char temptype;PCB *tempblock,* cotempblock;char choice;char eqary[10],coary[10];cin>>eqary;//此处查找SDT，看是否所要添加的设备已经存在if(sf_exist(eqary)==1){//设备已经存在cout<<"设备已存在"<<endl;}else{//设备不存在tempblock=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));tempblock->next=NULL;temp=(DCT *)malloc(sizeof(DCT));strcpy(temp->identify,eqary);temp->blocking=tempblock;temp->state=0;cout<<"输入设备类型"<<endl;cin>>temptype;temp->type=temptype;stemp=(SDT *)malloc(sizeof(SDT));stemp->next=NULL;stemp->dct=temp;stemp->type=temptype;strcpy(stemp->identify,eqary);s2temp=head;while(s2temp->next!=NULL){s2temp=s2temp->next;}s2temp->next=stemp;stemp->next=NULL;cout<<"是否添加控制器?(y/n)"<<endl;cin>>choice;if((choice=='y')||(choice=='Y')){ //添加新控制器cout<<"输入控制器名称："<<endl;cin>>coary;cotempblock=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));cotempblock->next=NULL;cotemp=(COCT *)malloc(sizeof(COCT));cotemp->next=NULL;strcpy(cotemp->identify,coary);cotemp->state=0;cotemp->blocking=cotempblock;Addcotrol(cotemp);temp->coct=cotemp;cout<<"请选择连接的通道:1/2"<<endl;//因为只定义了两个通道，选1就是ch1，选2就是ch2int i;cin>>i;if(i==1){cotemp->chct=CH1;}else{cotemp->chct=CH2;}}else{//不添加控制器Showallco();cout<<"输入连接控制器的名称:"<<endl;cin>>coary;cotemp=Findco(coary);temp->coct=cotemp;}cout<<"设备"<<eqary<<"添加成功!"<<endl;}}//删除设备void Deletedevice(){//删除设备的时候同时删除pcb Deletepcbcout<<"删除设备"<<endl;COCT * temp;SDT * stemp;char chary[10];char tempary[10];cin>>chary;if(sf_exist(chary)==0){cout<<"删除设备不存在!"<<endl;}else if(checkdel->dct->state==1){cout<<"设备正在使用无法删除"<<endl;}else{//sf_deleteco();Deletepcb(chary);strcpy(tempary,checkdel->dct->coct->identify);if(sf_deleteco(chary,tempary)){//删除控制器temp=checkdel->dct->coct;Deletecotrol(temp);}stemp=head;while(stemp->next!=checkdel){stemp=stemp->next;}stemp->next=checkdel->next;delete(checkdel);cout<<"设备"<<chary<<"删除成功!"<<endl;}}//申请设备void Applydevice(){cout<<"申请设备"<<endl;PCB *ptemp;DCT *dtemp;COCT *cotemp;CHCT *chtemp;char pname[10],eqname[10];cin>>pname>>eqname;if(sf_exist(eqname)==0){cout<<"设备不存在!"<<endl;}else{//checkdel(对应要申请设备的指针)ptemp=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));strcpy(ptemp->name,pname);ptemp->next=NULL;dtemp=checkdel->dct;//====================此处是否要考虑状态的改变========================if(dtemp->state==1){//设备忙Addwaitpcb(dtemp->blocking,ptemp);cout<<"进程"<<ptemp->name<<"被挂在设备"<<dtemp->identify<<"的等待队列上!"<<endl;}else{//设备不忙cotemp=dtemp->coct;if(cotemp->state==1){//控制器忙Addwaitpcb(cotemp->blocking,ptemp);cout<<"进程"<<ptemp->name<<"被挂在控制器"<<cotemp->identify<<"的等待队列上!"<<endl;}else{//控制器不忙chtemp=cotemp->chct;if(chtemp->state==1){//通道忙Addwaitpcb(chtemp->blocking,ptemp);cout<<"进程"<<ptemp->name<<"被挂在通道"<<chtemp->identify<<"的等待队列上!"<<endl;}else{//通道不忙Addwaitpcb(run,ptemp);dtemp->state=1;cotemp->state=1;chtemp->state=1;strcpy(ptemp->devname,eqname);cout<<"进程"<<pname<<"申请设备"<<eqname<<"成功!"<<endl;}}}}//回收设备void Recycledevice(){cout<<"回收设备"<<endl;// char ch;char eqname[10];DCT *dtemp;COCT *cotemp;CHCT *chtemp;PCB *pctemp1,*pctemp2;cin>>eqname;if(sf_exist(eqname)==0){//设备不存在cout<<"要回收的设备不存在!"<<endl;}else if(checkdel->dct->state==0){//设备存在，但是不需要回收cout<<"设备处于闲状态，不需要回收!"<<endl;}else{//需要回收Deletepcb(eqname);//dtemp=checkdel->dct;cotemp=dtemp->coct;chtemp=cotemp->chct;dtemp->state=0;cotemp->state=0;chtemp->state=0;if(sf_pcbnull(chtemp->blocking)){//如果通道等待队列不空pctemp1=chtemp->blocking;pctemp2=pctemp1->next;pctemp1->next=pctemp2->next;pctemp2->next=NULL;strcpy(pctemp2->devname,eqname);Addwaitpcb(run,pctemp2);dtemp->state=1;cotemp->state=1;chtemp->state=1;}elseif(sf_pcbnull(cotemp->blocking)){//如果控制器的等待队列不空pctemp1=cotemp->blocking;pctemp2=pctemp1->next;pctemp1->next=pctemp2->next;pctemp2->next=NULL;strcpy(pctemp2->devname,eqname);Addwaitpcb(run,pctemp2);dtemp->state=1;cotemp->state=1;chtemp->state=1;}else{if(sf_pcbnull(dtemp->blocking)){//如果设备的等待队列不空pctemp1=dtemp->blocking;pctemp2=pctemp1->next;pctemp1->next=pctemp2->next;pctemp2->next=NULL;strcpy(pctemp2->devname,eqname);Addwaitpcb(run,pctemp2);dtemp->state=1;cotemp->state=1;chtemp->state=1;}}}cout<<"设备"<<eqname<<"回收成功!"<<endl;}}//设备独立性=======void Independence(){cout<<"设备独立性--申请设备:"<<endl;//cout<<"申请设备"<<endl;char type;char pname[10];SDT * temp,* temp2;PCB *ptemp;DCT *dtemp;COCT *cotemp;CHCT *chtemp;cin>>pname>>type;if((type=='o')||(type=='i')){//=========还得考虑要申请的类型是不是存在============================ if(sf_typeexist(type)==0){cout<<"要申请的该类设备不存在!"<<endl;}else{temp=head->next;while(temp!=NULL){if((temp->type==type)&&(temp->dct->state==0)){//当设备类型相同，并且设备空闲temp2=temp;break;}else if((temp->type==type)){temp2=temp;}temp=temp->next;}sf_exist(temp2->identify);//=============================================== ==ptemp=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));strcpy(ptemp->name,pname);ptemp->next=NULL;dtemp=checkdel->dct;//要用了这个函数才可以========================================================================== if(temp2->dct->state==0){//当设备不忙时候cotemp=dtemp->coct;if(cotemp->state==1){//控制器忙Addwaitpcb(cotemp->blocking,ptemp);cout<<"进程"<<ptemp->name<<"被挂在控制器"<<cotemp->identify<<"的等待队列上!"<<endl;}else{//控制器不忙chtemp=cotemp->chct;if(chtemp->state==1){//通道忙Addwaitpcb(chtemp->blocking,ptemp);cout<<"进程"<<ptemp->name<<"被挂在通道"<<chtemp->identify<<"的等待队列上!"<<endl;}else{//通道不忙Addwaitpcb(run,ptemp);dtemp->state=1;cotemp->state=1;chtemp->state=1;strcpy(ptemp->devname,temp2->identify);cout<<"进程"<<pname<<"申请设备"<<temp2->identify<<"成功!"<<endl;}}}else{//当设备忙时候Addwaitpcb(dtemp->blocking,ptemp);cout<<"进程"<<ptemp->name<<"被挂在设备"<<dtemp->identify<<"的等待队列上!"<<endl;}}}else{cout<<"输入设备的类型错误!"<<endl;}}//void Show(){cout<<"A :增加设备"<<endl;cout<<"D :删除设备"<<endl;cout<<"S :申请设备"<<endl;cout<<"H :回收设备"<<endl;cout<<"I :设备独立性"<<endl;cout<<"Q :退出"<<endl;}//int main(){ cout<<" 操作系统实验三 "<<endl;cout<<" "<<endl;cout<<"相关指令："<<endl;Init();Show();char choice;while(true){Showmenu();cout<<"选择指令:"<<endl;cin>>choice;switch(choice){case 'a':case 'A':Adddevice();break;case 'd':case 'D':Deletedevice();break;case 's':case 'S':Applydevice();break;case 'h':case 'H':Recycledevice();break;case 'q':case 'Q':exit(0);case 'i':case 'I':Independence();break;default :cout<<"指令错误"<<endl;break;}}return 0;}六、运行结果1）2）增加设备Pen3)增加设备paper4)删除设备pen6）回收设备。