操作系统实验 进程状态转换及其PCB的变化
操作系统实验
---进程状态转换及其PCB的变化
1. 目的：
自行编制模拟程序，通过形象化的状态显示，使学生理解进程的概念、进程之间的状态转换及其所带来的PCB内容、组织的变化，理解进程与其PCB间的一一对应关系。
2. 内容及要求：
1)设计并实现一个模拟进程状态转换及其相应PCB内容、组织结构变化的程序。
2)独立编写、调试程序。进程的数目、进程的状态模型（三状态、五状态、七状
态或其它）以及PCB的组织形式可自行选择。
3)合理设计与进程PCB相对应的数据结构。PCB的内容要涵盖进程的基本信息、控
制信息、资源需求及现场信息。
4)设计出可视性较好的界面，应能反映出进程状态的变化引起的对应PCB内容、
组织结构的变化。
5)代码书写要规范，要适当地加入注释。
6)鼓励在实验中加入新的观点或想法，并加以实现。
7)认真进行预习，完成预习报告。
8)实验完成后，要认真总结，完成实验报告。
3. 程序流程图
4.代码部分
（1）数据结构部分
进程结构体
struct PCB
{
char P_name[10];
int P_id;
int P_state;
int needtime;
int lefttime;
int P_level;
};
进程结构体有：进程号，进程状态，进程剩下的时间，进程需要的时间，进程的优先级
队列结构体
struct Queue
{
PCB qNode[5];
int queueLength;
};
定义的队列最多有5个进程。
（2）程序解释
这里做的是对操作系统课程里面将的“3 状态”的模型的模拟，给它提供的初始状态是有5个进程，而进程所需要的时间和进程的状态都是随机产生的，并把就绪队列里面的进程按照进程的优先级（P_level）进行排序，设置初始状态时没有在运行的程序。
（3）程序的代码
//#include
#include
#include
#include
struct PCB
{
char P_name[10];
int P_id;
int P_state;
int needtime;
int leavetime;
int P_level;
};
struct Queue
{
PCB qNode[5];
int queueLength;
};
int insertQueue(Queue *q,PCB *p)
{
int i=0;
if (q->queueLength==0)
{
q->qNode[i]=*p;
q->queueLength++;
return 1;
}
else
{
while(p->P_level<=q->qNode[i].P_level)
{
i++;
}
for (int j=q->queueLength;j>=i;j--)
{
q->qNode[j]=q->qNode[j-1];
}
q->qNode[i]=*p;
q->queueLength=q->queueLength+1;
return 1;
}
}
void setQueue(PCB pcb[5],Queue *ready,Queue *blocked,Queue *finish) {
ready->queueLength=0;
blocked->queueLength=0;
finish->queueLength=0;
for (int i=0;i<5;i++)
{
if (pcb[i].P_state==0)
{
insertQueue(ready,&pcb[i]);
}
else
{
blocked->qNode[blocked->queueLength]=pcb[i];
blocked->queueLength++;
}
}
}
void show(Queue ready,Queue blocked,Queue fininsh,PCB run)
{
printf("\n完成队列\n");
printf("进程名------优先级------所需时间--------剩余时间\n");
for (int i=0;i { printf("%s%d %d %d %d\n",fininsh.qNode[i].P_name,fininsh.qNode[i].P_id,fininsh.qNode[i].P_level,fininsh.qNod e[i].needtime,fininsh.qNode[i].leavetime); } printf("\n"); if (run.needtime!=0) { printf("当前正在运行的进程：\n"); printf("进程名----------优先级------所需时间--------剩余时间\n"); printf("%s%d %d %d %d\n",run.P_name,run.P_id,run.P_level,run.needtime,run.leavetime); } printf("\n"); printf("就绪队列\n"); printf("进程名----------优先级------所需时间--------剩余时间\n"); for ( i=0;i { printf("%s%d %d %d %d\n",ready.qNode[i].P_name,ready.qNode[i].P_id,ready.qNode[i].P_level,ready.qNode[i].n eedtime,ready.qNode[i].leavetime); } printf("\n"); printf("阻塞队列\n"); printf("进程名----------优先级------所需时间--------剩余时间\n"); for (i=0;i { printf("%s%d %d %d %d\n",blocked.qNode[i].P_name,blocked.qNode[i].P_id,blocked.qNode[i].P_level,blocked.q Node[i].needtime,blocked.qNode[i].leavetime); } } void P_levelRun(Queue ready,Queue blocked,Queue finish,PCB run) { int i_blocked=0; int i_finish=0; while(finish.queueLength!=5) { printf("*******************************************************************\n "); int i_ready=0; if (run.needtime!=0) { run.leavetime--; if (run.needtime!=0&&run.leavetime==0) { finish.qNode[i_finish]=run; finish.queueLength++; i_finish++; run.needtime=0; if (ready.queueLength!=0) { run=ready.qNode[i_ready]; for (;i_ready { ready.qNode[i_ready]=ready.qNode[i_ready+1]; } ready.queueLength=ready.queueLength-1; } } else { int temp=run.P_id; if (run.P_level<=ready.qNode[0].P_level) { insertQueue(&ready,&run); run.needtime=0; printf("时间片用尽，%s%d进入就绪队列，优先级更高的%s%d开始运行！\n",run.P_name,run.P_id,ready.qNode[0].P_name,ready.qNode[0].P_id); } else { printf("时间片用尽，但是没有更高优先级的进程，%s%d继续运行……\n",run.P_name,run.P_id); } } } else if (run.needtime==0) { if (ready.queueLength!=0) { run=ready.qNode[i_ready]; for (;i_ready { ready.qNode[i_ready]=ready.qNode[i_ready+1]; } ready.queueLength=ready.queueLength-1; } } if (blocked.queueLength!=0) { srand((int) time(0)); int temp=rand()%2; if (temp==1) { printf("\n%s%d所需资源产生，进程从阻塞队列转到就绪队列……\n",&blocked.qNode[i_blocked].P_name,blocked.qNode[i_blocked].P_id); insertQueue(&ready,&blocked.qNode[i_blocked]); blocked.queueLength=blocked.queueLength-1; if (blocked.queueLength!=0) { for (int i=0;i { blocked.qNode[i]=blocked.qNode[i+1]; } } } else if(temp==0) { printf("\n%s%d所需资源没有产生，等待。。\n",&blocked.qNode[i_blocked].P_name,blocked.qNode[i_blocked].P_id); } } show(ready,blocked,finish,run); } } void main() { Queue ready,blocked,finish; PCB pcb[5]; PCB run; run.needtime=0; printf("设置了5个进程!\n[说明：进程的状态，所需时间和优先级等是随机产生的。]\n\n\n"); srand((int) time(0)); for (int i=0;i<5;i++) { pcb[i].P_name[0]='P'; pcb[i].P_name[1]='r'; pcb[i].P_name[2]='o'; pcb[i].P_name[3]='c'; pcb[i].P_name[4]='e'; pcb[i].P_name[5]='s'; pcb[i].P_name[6]='s'; pcb[i].P_name[7]='\0'; pcb[i].P_id=i; pcb[i].P_state=rand()%2; pcb[i].P_level=rand()%10+1; pcb[i].needtime=rand()%2+1; pcb[i].leavetime=pcb[i].needtime; } setQueue(pcb,&ready,&blocked,&finish); printf("各队列的初始信息如下：\n\n"); show(ready,blocked,finish,run); P_levelRun(ready,blocked,finish,run); printf("\n5个进程都运行完，停止。\n"); } （4）截图部分： 计算机操作系统进程调度实验研究报告 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 操作系统实验题：设计一若干并发进程的进程调度程序 一、实验目的 无论是批处理系统、分时系统还是实时系统，用户进程数一般都大于处理机数，这将导致用户进程互相争夺处理机。这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理及分配给处于就绪队列中的某一进程，以使之执行。进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算法编写和调试一个简单的进程调度程序。通过本实验可以加深理解有关进程控制块、进程队列的概念。并体会了优先数和先来先服务调度算法的具体实施办法。 二、实验要求 用高级语言编写和调试一个进程调度程序，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解． 三、实验内容 进程调度算法：采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算法（将用户作业和就绪进程按提交顺序或变为就绪状态的先后排成队列，并按照先来先服务的方式进行调度处理）。 每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。 进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为进程输入的时间。 进程的运行时间以时间片为单位进行计算。 每个进程的状态可以是就绪W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。 就绪进程获得CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1来表示。 如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。 每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的PCB，以便进行检查。重复以上过程，直到所要进程都完成为止。 四、实验算法流程 实验、 Linux Ubuntu的安装、创建新的虚拟机VMWare 实验 Shell编程 1.实验目的与内容 通过本实验，了解Linux系统的shell机制，掌握简单的shell编程技巧。 编制简单的Shell程序，该程序在用户登录时自动执行，显示某些提示信息,如“Welcome to Linux”, 并在命令提示符中包含当前时间、当前目录和当前用户名等基本信息。 2.程序源代码清单 #include<> #include close(pfd[1]); close(pfd[0]); wait(&state); wait(&state); } 实验内核模块 实验步骤: (1).编写内核模块 文件中主要包含init_clock()，exit_clock()，read_clock()三个函数。其中init_clock()，exit_clock()负责将模块从系统中加载或卸载，以及增加或删除模块在/proc中的入口。read_clock()负责产生/proc/clock被读时的动作。 (2).编译内核模块Makefile文件 # Makefile under ifneq ($(KERNELRELEASE),) #kbuild syntax. dependency relationshsip of files and target modules are listed here. obj-m := else PWD := $(shell pwd) KVER ?= $(shell uname -r) KDIR := /lib/modules/$(KVER)/build all: $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules clean: rm -rf .*.cmd *.o *. *.ko .tmp_versions *.symvers *.order endif 编译完成之后生成模块文件。 (3).内核模块源代码 #include 实验一进程管理 一、目的 进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求编写和调试一个简单的进程调度程序。通过本实验加深理解有关进程控制块、进程队列的概念，并体会和了解进程调度算法的具体实施办法。 二、实验内容及要求 1、设计进程控制块PCB的结构（PCB结构通常包括以下信息：进程名（进程ID）、进程优先数、轮转时间片、进程所占用的CPU时间、进程的状态、当前队列指针等。可根据实验的不同，PCB结构的内容可以作适当的增删）。为了便于处理，程序中的某进程运行时间以时间片为单位计算。各进程的轮转时间数以及进程需运行的时间片数的初始值均由用户给定。 2、系统资源(r1…r w),共有w类，每类数目为r1…r w。随机产生n进程P i(id,s(j,k)，t),0<=i<=n,0<=j<=m,0<=k<=dt为总运行时间，在运行过程中，会随机申请新的资源。 3、每个进程可有三个状态（即就绪状态W、运行状态R、等待或阻塞状态B），并假设初始状态为就绪状态。建立进程就绪队列。 4、编制进程调度算法：时间片轮转调度算法 本程序用该算法对n个进程进行调度，进程每执行一次，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。在调度算法中，采用固定时间片（即：每执行一次进程，该进程的执行时间片数为已执行了1个单位），这时，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1，并排列到就绪队列的尾上。 三、实验环境 操作系统环境：Windows系统。 编程语言：C#。 四、实验思路和设计 1、程序流程图 2、主要程序代码 //PCB结构体 struct pcb { public int id; //进程ID public int ra; //所需资源A的数量 public int rb; //所需资源B的数量 public int rc; //所需资源C的数量 public int ntime; //所需的时间片个数 public int rtime; //已经运行的时间片个数 public char state; //进程状态，W（等待）、R（运行）、B（阻塞） //public int next; } ArrayList hready = new ArrayList(); ArrayList hblock = new ArrayList(); Random random = new Random(); //ArrayList p = new ArrayList(); int m, n, r, a,a1, b,b1, c,c1, h = 0, i = 1, time1Inteval;//m为要模拟的进程个数，n为初始化进程个数 //r为可随机产生的进程数（r=m-n） //a，b，c分别为A，B，C三类资源的总量 //i为进城计数，i=1…n //h为运行的时间片次数，time1Inteval为时间片大小（毫秒） //对进程进行初始化，建立就绪数组、阻塞数组。 public void input()//对进程进行初始化，建立就绪队列、阻塞队列 { m = int.Parse(textBox4.Text); n = int.Parse(textBox5.Text); a = int.Parse(textBox6.Text); b = int.Parse(textBox7.Text); c = int.Parse(textBox8.Text); a1 = a; b1 = b; c1 = c; r = m - n; time1Inteval = int.Parse(textBox9.Text); timer1.Interval = time1Inteval; for (i = 1; i <= n; i++) { pcb jincheng = new pcb(); jincheng.id = i; jincheng.ra = (random.Next(a) + 1); jincheng.rb = (random.Next(b) + 1); jincheng.rc = (random.Next(c) + 1); jincheng.ntime = (random.Next(1, 5)); jincheng.rtime = 0; 实验2进程状态转换及其PCB的变化 1.目的 自行编制模拟程序，通过形象化的状态显示，使学生理解进程的概念、进程之间的状态转换及其所带来的PCB内容、组织的变化，理解进程与其PCB间的一一对应关系。 2. 内容及要求 1）设计并实现一个模拟进程状态转换及其相应PCB内容、组织结构变化的程序。 2）独立编写、调试程序。进程的数目、进程的状态模型（三状态、五状态、七状态或其它）以及PCB的组织形式可自行选择。 3）合理设计与进程PCB相对应的数据结构。PCB的内容要涵盖进程的基本信息、控制信息、资源需求及现场信息。 4）设计出可视性较好的界面，应能反映出进程状态的变化引起的对应PCB 内容、组织结构的变化。 5）代码书写要规范，要适当地加入注释。 6）鼓励在实验中加入新的观点或想法，并加以实现。 7）认真进行预习，完成预习报告。 8）实验完成后，要认真总结，完成实验报告。 3.程序流程图 进程的三种基本状态及其转换如下图所示。 开始 输入要执行的指令 1？N 2？N 3？N 4？ N 5？N 0？Y Y 结束 N 提示输入错误 就绪队列已 满？ N 创建进程 Y 提示就绪队列 已满Y 有进程处于运行状态? Y 该进程执行一个时间片 后放回就绪队列 N 将就绪队列中优先级最高的进程放入运行队列 有进程处于运行状态? Y 该进程所需执行时间减1，并回到就绪队列 Cputime++ Y 有进程处于运行状态？ Y 将该进程放入阻塞 队列 N 提示无运行的进程 输入事件发生的进程名称 阻塞队列中有该 进程？ Y 将该进程放入就绪队列 N 提示该进程并 未阻塞 4.数据结构及说明 在本实验中，主要的数据结构是PCB 的数据结构，具体如下： struct process{ 实验三：进程同步实验 一、实验任务： (1)掌握操作系统的进程同步原理； (2)熟悉linux的进程同步原语； (3 )设计程序，实现经典进程同步问题。 二、实验原理： (1)P、V操作 PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语是不可中断的过程) ，对信号量进行操作，具体定义如下： P( S):①将信- 号量S的值减1,即S=S-1; ②如果S30，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。 V( S):①将信号量S的值加1,即S=S+1 ； ②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。 (2)信号量 信号量(semaphore )的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，信号量的 值仅能由PV操作来改变。 一般来说，信号量S30时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一 个单位资源，因此S的值减1;当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S 的值加1;若S均，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。 (3)linux的进程同步原语 ①wait();阻塞父进程，子进程执行； ②#in clude 实验一、进程控制实验 1.1 实验目的 加深对于进程并发执行概念的理解。实践并发进程的创建和控制方法。观察和体验进程的动态特性。进一步理解进程生命期期间创建、变换、撤销状态变换的过程。掌握进程控制的方法，了解父子进程间的控制和协作关系。练习Linux 系统中进程创建与控制有关的系统调用的编程和调试技术。 1.2 实验说明 1）与进程创建、执行有关的系统调用说明进程可以通过系统调用fork()创建子进程并和其子进程并发执行.子进程初始的执行映像是父进程的一个复本.子进程可以通过exec()系统调用族装入一个新的执行程序。父进程可以使用wait()或waitpid()系统调用等待子进程的结束并负责收集和清理子进程的退出状态。 fork()系统调用语法: #include Exec 执行成功后将用一个新的程序代替原进程，但进程号不变，它绝不会再返回到调用进程了。如果exec 调用失败，它会返回-1。 wait() 系统调用语法: #include 实验报告 实验课程: 计算机操作系统学生姓名：XXX 学号：XXXX 专业班级：软件 2014年12月25日 目录 实验一熟悉Windows XP中的进程和线程.. 3实验二进程调度 (7) 实验三死锁避免—银行家算法的实现 (18) 实验四存储管理 (24) 实验一熟悉Windows XP中的进程和线程 一、实验名称 熟悉Windows XP中的进程和线程 二、实验目的 1、熟悉Windows中任务管理器的使用。 2、通过任务管理器识别操作系统中的进程和线程的相关信息。 3、掌握利用spy++.exe来察看Windows中各个任务的更详细信息。 三、实验结果分析 1、启动操作系统自带的任务管理器： 方法：直接按组合键Ctrl+Alt+Del，或者是在点击任务条上的“开始”“运行”，并输入“taskmgr.exe”。 2、调整任务管理器的“查看”中的相关设置，显示关于进程的以下各项信息，并 完成下表： 表一：统计进程的各项主要信息 3、启动办公软件“Word”，在任务管理器中找到该软件的登记，并将其结束掉。再 从任务管理器中分别找到下列程序：winlogon.exe、lsass.exe、csrss.exe、smss.exe，试着结束它们，观察到的反应是任务管理器无法结束进程， 原因是该系统是系统进程。 4、在任务管理器中找到进程“explorer.exe”，将之结束掉，并将桌面上你打开的所 有窗口最小化，看看你的计算机系统起来什么样的变化桌面上图标菜单都消失了、得到的结论explorer.exe是管理桌面图标的文件（说出explorer.exe进程的作用）。 5、运行“spy++.exe”应用软件，点击按钮“”，切换到进程显示栏上，查看进 程“explorer.exe”的各项信息，并填写下表： 进程：explorer.exe 中的各个线程 中南大学信息科学与工程学院实验报告 姓名：安磊 班级：计科0901 学号： 0909090310 指导老师：宋虹 目录 课程设计内容 ----------------------------------- 3 uC/OS操作系统简介 ------------------------------------ 3 uC/OS操作系统的组成 ------------------------------ 3 uC/OS操作系统功能作用 ---------------------------- 4 uC/OS文件系统的建立 ---------------------------- 6 文件系统设计的原则 ------------------------------6 文件系统的层次结构和功能模块 ---------------------6 文件系统的详细设计 -------------------------------- 8 文件系统核心代码 --------------------------------- 9 课程设计感想 ------------------------------------- 11 附录-------------------------------------------------- 12 课程设计内容 在uC/OS操作系统中增加一个简单的文件系统。 要求如下： (1)熟悉并分析uc/os操作系统 (2)设计并实现一个简单的文件系统 (3)可以是存放在内存的虚拟文件系统，也可以是存放在磁盘的实际文件系统 (4)编写测试代码，测试对文件的相关操作：建立，读写等 课程设计目的 操作系统课程主要讲述的内容是多道操作系统的原理与技术，与其它计算机原理、编译原理、汇编语言、计算机网络、程序设计等专业课程关系十分密切。 本课程设计的目的综合应用学生所学知识，建立系统和完整的计算机系统概念，理解和巩固操作系统基本理论、原理和方法，掌握操作系统开发的基本技能。 I．uC/OS操作系统简介 μC/OS-II是一种可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，抢占式的，实时多任务操作系统内核。它被广泛应用于微处理器、微控制器和数字信号处理器。 μC/OS 和μC/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的，绝大部分代码是用C语言编写的。CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU 上。用户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器，有汇编器、连接器等软件工具，就可以将μC/OS-II嵌入到开发的产品中。μC/OS-II 具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至2KB 。μC/OS-II 已经移植到了几乎所有知名的CPU 上。 严格地说uC/OS-II只是一个实时操作系统内核，它仅仅包含了任务调度，任务管理，时间管理，内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。没有提供输入输出管理，文件系统，网络等额外的服务。但由于uC/OS-II良好的可扩展性和源码开放，这些非必须的功能完全 可以由用户自己根据需要分别实现。 uC/OS-II目标是实现一个基于优先级调度的抢占式的实时内核，并在这个内核之上提供最基本的系统服务，如信号量，邮箱，消息队列，内存管理，中断管理等。 uC/OS操作系统的组成 μC/OS-II可以大致分成核心、任务处理、时间处理、任务同步与通信，CPU的移植等5个部分。如下图： 实验进程状态转换及其PCB的变化 一、程序流程图： 二、使用的数据结构及说明： 在本实验中，主要用到的数据结构是PCB的结构，其中PCB的数据结构如下： struct PCB { int P_Id; //PCB的ID号 char P_Name[10]; //PCB的名称 char P_State[10]; //PCB状态 int P_Runtime; //PCB的所需要的运行时间 int P_Requiry; //PCB所需要的资源要求 struct PCB * next ; //PCB块的下一个指针 } ; 其中，P_Id,和P_Name用来标示一个进程，而P_State用来标示进程的五种状态： Create_state,Ready_state,Block_state,Run_state,Exit_state。P_Runtime标示要完成一个进程所需要的时间。P_Requiry标示一个进程的执行所需要的其他条件，当其他的条件满足，则P_Requiry 置1，否则置0。Struct PCB * next 用来指向同一队列中的下一个PCB块。 三、程序源代码: #include"stdlib.h" #include"stdio.h" #include"string.h" /********** globle structure and viable ******/ struct PCB { int P_Id; //PCB的ID号 char P_Name[10]; //PCB的名称 char P_State[10]; //PCB状态 int P_Runtime; //PCB的所需要的运行时间 int P_Requiry; //PCB所需要的资源要求 struct PCB * next ; //PCB块的下一个指针 } ; struct PCB * Create_state; //创建状态 struct PCB * Run_state; //运行状态 struct PCB * Ready_state; //就绪状态 struct PCB * Block_state; //阻塞状态 struct PCB * Exit_state; //退出状态 int signal4=0; //标示进程4的完成状态 int signal5=0; //标示进程5的完成状态 void InsertQueue(struct PCB **head,struct PCB *node) /* insert node function */ { struct PCB * p,*q; node->next=NULL; if(*head==NULL) //如果队列为空 { *head=node; } Else //队列不空 { p=*head; q=p->next; while(q!=NULL) //找到最后的元素位置 { p=q; q=q->next; } p->next=node; //将节点插入队列 } 实时操作系统课程实验报告 专业：通信1001 学号：3100601025 姓名：陈治州 完成时间：2013年6月11日 实验简易电饭煲的模拟 一．实验目的： 掌握在基于嵌入式实时操作系统μC/OS-II的应用中，基于多任务的模式的编程方法。锻炼综合应用多任务机制，任务间的通信机制，内存管理等的能力。 二．实验要求： 1.按“S”开机，系统进入待机状态，时间区域显示当前北京时间，默认模式“煮饭”; 2.按“C”选择模式，即在“煮饭”、“煮粥”和“煮面”模式中循环选择； 3.按“B”开始执行模式命令，“开始”状态选中，时间区域开始倒计时，倒计时完成后进入“保温”状态，同时该状态显示选中，时间区域显示保温时间； 4.按“Q”取消当前工作状态，系统进入待机状态，时间区域显示北京时间，模式为当前模式； 5.按“X”退出系统，时间区域不显示。 6.煮饭时长为30，煮粥时长为50，煮面时长为40. 三．实验设计： 1.设计思路： 以老师所给的五个程序为基础，看懂每个实验之后，对borlandc的操作有了大概的认识，重点以第五个实验Task_EX为框架，利用其中界面显示与按键扫描以及做出相应的响应，对应实现此次实验所需要的功能。 本次实验分为界面显示、按键查询与响应、切换功能、时钟显示与倒计时模块，综合在一起实验所需功能。 2.模块划分图： （1）界面显示： Main（） Taskstart（） Taskstartdispinit（） 在TaskStartDispInit()函数中，使用PC_DispStr()函数画出界面。 （2）按键查询与响应： Main（） Taskstart（） 在TaskStart()函数中，用if (PC_GetKey(&key) == TRUE)判断是否有按键输入。然后根据key 的值，判断输入的按键是哪一个；在响应中用switch语句来执行对应按键的响应。 （3）切换功能： l计数“C”按 键的次数 M=l%3 Switch(m) M=0，1，2对应于煮饭，煮粥，煮面，然后使用PC_DispStr()函数在选择的选项前画上“@”指示，同时，在其余两项钱画上“”以“擦出”之前画下的“@”，注意l自增。 四.主要代码： #include "stdio.h" #include "includes.h" #include "time.h" #include "dos.h" #include "sys/types.h" #include "stdlib.h" #define TASK_STK_SIZE 512 #define N_TASKS 2 OS_STK TaskStk[N_TASKS][TASK_STK_SIZE]; OS_STK TaskStartStk[TASK_STK_SIZE]; INT8U TaskData[N_TASKS]; 实验一进程的状态及其转换 一、实验目的: 自行编制模拟程序，通过形象化的状态显示，加深理解进程的概念、进程之间的状态转换及其所带来的PCB内容、组织的变化，理解进程与其PCB间的一一对应关系。 二、实验内容及要求： 1)设计并实现一个模拟进程状态转换及其相应PCB内容、组织结构变化的程序。 2)独立编写、调试程序。进程的数目、进程的状态模型（三状态、五状态、七状 态或其它）以及PCB的组织形式可自行选择。 3)合理设计与进程PCB相对应的数据结构。PCB的内容要涵盖进程的基本信息、控 制信息、资源需求及现场信息。 4)设计出可视性较好的界面，应能反映出进程状态的变化引起的对应PCB内容、 组织结构的变化。 三、程序流程图： 四、使用的数据结构及说明： 在本实验中，主要用到的数据结构是PCB的结构，其中PCB的数据结构如下： struct PCB { int P_Id; //PCB的ID号 char P_Name[10]; //PCB的名称 char P_State[10]; //PCB状态 int P_Runtime; //PCB的所需要的运行时间 int P_Requiry; //PCB所需要的资源要求 struct PCB * next ; //PCB块的下一个指针 } ; 其中，P_Id,和P_Name用来标示一个进程，而P_State用来标示进程的五种状态：Create_state,Ready_state,Block_state,Run_state,Exit_state。P_Runtime标示要完成一个进程所需要的时间。P_Requiry标示一个进程的执行所需要的其他条件，当其他的条件满足，则P_Requiry置1，否则置0。Struct PCB * next 用来指向同一队列中的下一个PCB 块。 五、参考程序源代码: #include"stdlib.h" #include"stdio.h" #include"string.h" #include 实验题目进程的创建小组合作否姓名班级学号 一、实验目的 1、了解进程的创建。 2、了解进程间的调用以及实现。 3、分析进程竞争资源的现象，学习解决互斥的方法。 4、加深对进程概念的理解，认识并发执行的本质。 二．实验环境 Windows 系统的计算机一台，安装了Linux虚拟机 三、实验内容与步骤 1、fork（）系统调用的使用例子 程序代码： #include wait(0); printf("parent process doesn't change the glob and loc:\n"); printf("glob=%d,loc=%d\n",glob,loc); exit(0); } 运行结果： 2、理解vofork（）调用： 程序代码： #include 实验一模拟进程状态转换及其PCB的变化 一、实验目的： 自行编制模拟程序，通过形象化的状态显示，使学生理解进程的概念、进程之间的状态转换及其所带来的PCB内容、组织的变化，理解进程与其PCB间的一一对应关系。 二、实验内容及要求： （1）、设计并实现一个模拟进程状态转换及其相应PCB内容、组织结构变化的程序。 （2）、独立编写、调试程序。进程的数目、进程的状态模型（三状态、五状态、七状态或其它）以及PCB的组织形式可自行选择。（3）、合理设计与进程PCB相对应的数据结构。PCB的内容要涵盖进程的基本信息、控制信息、资源需求及现场信息。 （4）、设计出可视性较好的界面，应能反映出进程状态的变化引起的对应PCB内容、组织结构的变化。 （5）、代码书写要规范，要适当地加入注释。 （6）、鼓励在实验中加入新的观点或想法，并加以实现。 （7）、认真进行预习，完成预习报告。 （8）、实验完成后，要认真总结，完成实验报告。 三、实现: 数据结构 struct PCB{ char name; int priority; int needtime; bool operator < (const PCB &b) const{ return priority>b.priority; } }; 五状态进程模型 最高优先数优先调度算法流程图 四、运行结果： 图1创建2个进程，因为这时cpu空闲所以内核调度，b优先级高先执行 图2超时，因为这时cpu空闲所以内核调度，b优先级还是比a高所以先执行 图32个进程均被阻塞，其中一旦进程被阻塞就会引发调度 图4唤醒1个进程，从阻塞队列取队首放到就绪队列队尾，由于这时cpu空闲所以内核调 度 河北大学工商学院 课程设计 题目：操作系统课程设计 学部信息学部 学科门类电气信息 专业计算机 学号2011482370 姓名耿雪涛 指导教师朱亮 2013 年6月19日 主要内容 一、设计目的 通过模拟操作系统的实现，加深对操作系统工作原理理解，进一步了解操作系统的实现方法，并可练习合作完成系统的团队精神和提高程序设计能力。 二、设计思想 实现一个模拟操作系统，使用VB、VC、CB等windows环境下的程序设计语言，以借助这些语言环境来模拟硬件的一些并行工作。模拟采用多道程序设计方法的单用户操作系统，该操作系统包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户接口四部分。 设计模板如下图： 注：本人主要涉及设备管理模块 三、设计要求 设备管理主要包括设备的分配和回收。 ⑴模拟系统中有A、B、C三种独占型设备，A设备1个，B设备2个，C设备2个。 ⑵采用死锁的预防方法来处理申请独占设备可能造成的死锁。 ⑶屏幕显示 注：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。 设备管理模块详细设计 一、设备管理的任务 I/O设备是按照用户的请求，控制设备的各种操作，用于完成I/O 设备与内存之间的数据交换（包括设备的分配与回收，设备的驱动管理等），最终完成用户的I/O请求，并且I/O设备为用户提供了使用外部设备的接口，可以满足用户的需求。 二、设备管理函数的详细描述 1、检查设备是否可用（主要代码） public bool JudgeDevice(DeviceType type) { bool str = false; switch (type) { case DeviceType.a: { 嵌入式实时操作系统实验报告 任务间通信机制的建立 系别计算机与电子系 专业班级***** 学生姓名****** 指导教师 ****** 提交日期 2012 年 4 月 1 日 一、实验目的 掌握在基于嵌入式实时操作系统μC/OS-II的应用中，任务使用信号量的一般原理。掌握在基于优先级的可抢占嵌入式实时操作系统的应用中，出现优先级反转现象的原理及解决优先级反转的策略——优先级继承的原理。 二、实验内容 1.建立并熟悉Borland C 编译及调试环境。 2.使用课本配套光盘中第五章的例程运行（例5-4,例5-5，例5-6），观察运行结果，掌握信号量的基本原理及使用方法，理解出现优先级反转现象的根本原因并提出解决方案。 3.试编写一个应用程序，采用计数器型信号量（初值为2），有3个用户任务需要此信号量，它们轮流使用此信号量，在同一时刻只有两个任务能使用信号量，当其中一个任务获得信号量时向屏幕打印“TASK N get the signal”。观察程序运行结果并记录。 4. 试编写一个应用程序实现例5-7的内容，即用优先级继承的方法解决优先级反转的问题，观察程序运行结果并记录。 5.在例5-8基础上修改程序增加一个任务HerTask,它和YouTask一样从邮箱Str_Box里取消息并打印出来，打印信息中增加任务标识，即由哪个任务打印的；MyTask发送消息改为当Times为5的倍数时才发送，HerTask接收消息采用无等待方式，如果邮箱为空，则输出“The mailbox is empty”, 观察程序运行结果并记录。 三、实验原理 1. 信号量 μC/OS-II中的信号量由两部分组成：一个是信号量的计数值，它是一个16位的无符号整数（0 到65,535之间）；另一个是由等待该信号量的任务组成的等待任务表。用户要在OS_CFG.H中将OS_SEM_EN开关量常数置成1，这样μC/OS-II 才能支持信号量。 实验一进程管理 1．实验目的： （1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别； （2）进一步认识并发执行的实质； （3）分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法； （4）了解Linux系统中进程通信的基本原理。 2．实验预备内容 （1）阅读Linux的sched.h源码文件，加深对进程管理概念的理解； （2）阅读Linux的fork()源码文件，分析进程的创建过程。 3．实验内容 （1）进程的创建： 编写一段程序，使用系统调用fork() 创建两个子进程。当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符：父进程显示字符“a”，子进程分别显示字符“b”和“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。 源代码如下： #include else{ pid2 = fork(); if(pid2<0){ fprintf(stderr,"childprocess1 failed"); exit(-1); } else if(pid2 == 0){ printf("c\n"); } else{ printf("a\n"); sleep(2); exit(0); } } return 0; } 结果如下： 分析原因： pid=fork(); 操作系统创建一个新的进程（子进程），并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序；上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！因此，这三个进程哪个先执行，哪个后执行，完全取决于操作系统的调度，没有固定的顺序。 （2）进程的控制 修改已经编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析原因。 将父进程的输出改为father process completed 2/11计算机操作系统进程调度实验研究报告
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