系统结构实验二

实验二计算机存储体系的页面替换算法（3学时）

一、实验目的

当计算机内存已满而又发生页面失效时，替换算法就要选择主存中哪个页作为被替换的页。通过本实验可以帮助学生理解虚拟存储器中页面替换的基本思想，深刻体会各种页面替换算法的性能差异。

二、实验环境

开发工具使用windows平台下的vc++6.0。

三、实验内容

编写一个模拟算法，模拟实现虚拟存储器的先进先出、近期最少使用、优化等算法。在程序设计的过程中，要求体会各种页面替换算法的优点和缺点，并计算出各种替换算法的命中率。

四、实验结果及完成情况

一、整个实验过程的思路可以整理如下：

1、初始化虚拟存储空间。

定义void DataInput()用来申请物理块BlockNum和页面数DataMax

2、产生一个随机调用页面的序列。

void DataInput()还可以随机成生调用页面序列

3、实现各种页面替换算法。

void FIFO(); // FIFO 先进先出算法函数

void Optimal(); // Optimal优化替换算法函数

void LRU(); // LRU近期最少使用算法函数

4、计算各种页面替换算法的命中率。

void DataOutput()用来显示数据和命中率

主要变量和函数：

const int DataMax=100;

const int BlockNum = 10;

int DataShow[BlockNum][DataMax]; // 用于存储要显示的数组

bool DataShowEnable[BlockNum][DataMax]; // 用于存储数组中的数据是否需要显示int Data[DataMax]; // 保存数据

int Block[BlockNum]; // 物理块

int count[BlockNum]; // 计数器

int N ; // 页面个数

int M;//最小物理块数

int ChangeTimes;

void DataInput(); // 输入数据的函数

void DataOutput();//输出数据的函数

void FIFO(); // FIFO 先进先出算法函数

void Optimal(); // Optimal优化替换算法函数

void LRU(); // LRU近期最少使用算法函数

二、实验中的几点注意事项：

1.虚拟存储空间的大小要合适。

2.根据能够存储页面的多少确定随机调用页面的序列。

五、主要代码：

void FIFO()

{

int i,j;

bool find;

int point;

int temp; // 临时变量

ChangeTimes = 0;

for(j=0;j

for(i=0;i

DataShowEnable[j][i] = false; // 初始化为false，表示没有要显示的数据

for(i=0;i

{

count[i] = 0; // 大于等于BlockNum,表示块中没有数据,或需被替换掉所以经这样初始化（3 2 1）,每次替换>=3的块,替换后计数值置1,同时其它的块计数值加1,成了（1 3 2 ）,见下面先进先出程序段

}

for(i=0;i

{// 增加count

for(j=0;j

count[j]++;

find = false; // 表示块中有没有该数据

for(j=0;j

{

if( Block[j] == Data[i] )

{

find = true;

}

}

if( find ) continue; // 块中有该数据，判断下一个数据块中没有该数据

ChangeTimes++; // 缺页次数++

if( (i+1) > M ) // 因为i是从0开始记，而M指的是个数，从1开始，所以i+1

{//获得要替换的块指针

temp = 0;

for(j=0;j

{

if( temp < count[j] )

{

temp = count[j];

point = j; // 获得离的最远的指针

} }

}

else point = i;

// 替换

Block[point] = Data[i];

count[point] = 0; // 更新计数值

for(j=0;j

{

DataShow[j][i] = Block[j];

DataShowEnable[i

}

}

cout<< endl<<"FIFO算法："<< endl;// 输出信息

DataOutput();

}

void Optimal()

{

int i,j,k;

bool find;

int point;

int temp; // 临时变量，比较离的最远的时候用

ChangeTimes = 0;

for(j=0;j

for(i=0;i

DataShowEnable[j][i] = false; // 初始化为false，表示没有要显示的数据

for(i=0;i

{

find = false; // 表示块中有没有该数据

for(j=0;j

{

if( Block[j] == Data[i] ) find = true;

}

if( find ) continue; // 块中有该数据，判断下一个数据块中没有该数据，最优算法ChangeTimes++; // 缺页次数++

for(j=0;j

{// 找到下一个值的位置

find = false;

for( k =i;k

{

if( Block[j] == Data[k] )

{

find = true;

count[j] = k;

break;

}

}

if( !find ) count[j] = N;

}

if( (i+1) > M )//因为i是从0开始记,而BlockNum指的是个数,从1开始,所以i+1 {//获得要替换的块指针

temp = 0;

for(j=0;j

{

if( temp < count[j] )

{

temp = count[j];

point = j; // 获得离的最远的指针

} } }

else point = i;

// 替换

Block[point] = Data[i];

for(j=0;j

{

DataShow[j][i] = Block[j];

DataShowEnable[i

}

}

cout<< endl <<"Optimal算法："<< endl; // 输出信息

DataOutput();

}

void LRU()

{

int i,j;

bool find;

int point;

int temp; // 临时变量

ChangeTimes = 0;

for(j=0;j

for(i=0;i

DataShowEnable[j][i] = false; // 初始化为false，表示没有要显示的数据

for(i=0;i

{

count[i] = 0 ;

}

for(i=0;i

{// 增加count

for(j=0;j

count[j]++;

find = false; // 表示块中有没有该数据

for(j=0;j

{

if( Block[j] == Data[i] )

{

count[j] = 0;

find = true;

}

}

if( find ) continue; // 块中有该数据，判断下一个数据块中没有该数据ChangeTimes++; // 缺页次数++

if( (i+1) > M ) // 因为i是从0开始记,而BlockNum指的是个数,从1开始,所以i+1 {//获得要替换的块指针

temp = 0;

for(j=0;j

{

if( temp < count[j] )

{

temp = count[j];point = j; // 获得离的最远的指针

} } }

else point = i;

// 替换

Block[point] = Data[i];

count[point] = 0;

for(j=0;j

{

DataShow[j][i] = Block[j];

DataShowEnable[i

}

}

cout<< endl <<"LRU算法："<< endl; // 输出信息

DataOutput();

}

完成情况：

初始界面：

FIFO算法：Optimal算法：LRU算法：

六、出现问题及解决方案

1、问题：如何长生随机请求序列？

解决方案：用srand( (unsigned)time( NULL ) );即可。

2、问题：发下安不管输入什么数值，都可以运行，后来找到出错地方

解决方案：更正为1==select

七、思考题

在计算机存储结构中，内存外存和CACHE内存都会用到替换算法，它们之间有什么异同点？

答：(1) 随机算法，即RAND算法（Random algorithm）。利用软件或硬件的随机数发生器来确定主存储器中被替换的页面。这种算法最简单，而且容易实现。但是，这种算法完全没有利用主存储器中页面调度情况的历史信息，也没有反映程序的局部性，所以命中率比较低。

(2) 先进先出算法，即FIFO算法（First-In First-Out algorithm）。这种算法选择最先调入主存储器的页面作为被替换的页面。它的优点是比较容易实现，能够利用主存储器中页面调度情况的历史信息，但是，没有反映程序的局部性。因为最先调入主存的页面，很可能也是经常要使用的页面。

(3) 近期最少使用算法，即LFU算法（Least Frequently Used algorithm）。这种算法选择近期最少访问的页面作为被替换的页面。显然，这是一种非常合理的算法，因为到目前为止最少使用的页面，很可能也是将来最少访问的页面。该算法既充分利用了主存中页面调度情况的历史信息，又正确反映了程序的局部性。但是，这种算法实现起来非常困难，它要为每个页面设置一个很长的计数器，并且要选择一个固定的时钟为每个计数器定时计数。在选择被替换页面时，要从所有计数器中找出一个计数值最大的计数器。因此，通常采用如下一种相对比较简单的方法。

(4) 最久没有使用算法，即LRU算法（Least Recently Used algorithm）。这种算法把近期最久没有被访问过的页面作为被替换的页面。它把LFU算法中要记录数量上的"多"与"少"简化成判断"有"与"无"，因此，实现起来比较容易。

(5) 最优替换算法，即OPT算法（OPTimal replacement algorithm）。上面介绍的几种页面替换算法主要是以主存储器中页面调度情况的历史信息为依据的，它假设将来主存储器中的页面调度情况与过去一段时间内主存储器中的页面调度情况是相同的。显然，这种假设不总是正确的。最好的算法应该是选择将来最久不被访问的页面作为被替换的页面，这种替换算法的命中率一定是最高的，它就是最优替换算法。

八、实验总结

通过FIFO算法的所使用，了解到当计算机内存已满而又发生页面失效时使用的替换算法，理解虚拟存储器中页面替换的基本思想，深刻体会各种页面替换算法的性能差异。在虚拟存储器中，当发生页面失效时，需要从磁盘存储器中调入一页（或一段）到主存储器中。页面调度的时候，用了还能多循环控制的指令，假如循环中发下无法控制，通常会发生死锁，所以，系统在设计的时候，要注意这个问题。

计算机体系结构实验报告二

实验二结构相关 一、实验目得: 通过本实验,加深对结构相关得理解,了解结构相关对CPU性能得影响。 二、实验内容: 1、用WinDLX模拟器运行程序structure_d、s 。 2、通过模拟,找出存在结构相关得指令对以及导致结构相关得部件。 3、记录由结构相关引起得暂停时钟周期数,计算暂停时钟周期数占总执行 周期数得百分比。 4、论述结构相关对CPU性能得影响,讨论解决结构相关得方法。 三、实验程序structure_d、s LHI R2, (A>>16)&0xFFFF 数据相关 ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 loop: LD F0, 0(R2) LD F4, 0(R3) ADDD F0, F0, F4 ;浮点运算,两个周期,结构相关 ADDD F2, F0, F2 ; < A stall is found (an example of how to answer your questions) ADDI R2, R2, #8 ADDI R3, R3, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop ;条件跳转 TRAP #0 ;; Exit < this is a ment !! A: 、double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 B: 、double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 四、实验过程 打开软件,load structure_d、s文件,进行单步运行。经过分析,此程序一 次循环中共有五次结构相关。(Rstall 数据相关Stall 结构相关) 1)第一个结构相关:addd f2,,f0,f2 由于前面得数据相关,导致上一条指令addd f0,f0,f4暂停在ID阶段,所以下一条指令addd f2,,f0,f2发生结构相关,导致相关得部件:译码部件。

北邮高级计算机系统结构实验二三四五

实验二指令流水线相关性分析 ·实验目的 通过使用WINDLX模拟器，对程序中的三种相关现象进行观察，并对使用专用通路，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和RISC处理器的特点的理解。 ·实验原理： 指令流水线中主要有结构相关、数据相关、控制相关。相关影响流水线性能。·实验步骤 一．使用WinDLX模拟器，对做如下分析： （1）观察程序中出现的数据/控制/结构相关。指出程序中出现上述现象的指令组合。 （2）考察增加浮点运算部件对性能的影响。 （3）考察增加forward部件对性能的影响。 （4）观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销。 ·实验过程 一．使用WinDLX模拟器，对做如下分析： } 浮点加、乘、除部件都设置为1，浮点数运算部件的延时都设置为4，如图1： 图1 初始设置 将和加载至WinDLX中，如图2示。

图2 加载程序 1.观察程序中出现的数据/控制/结构相关；指出程序中出现上述现象的指令组合。 1）数据相关 点击F7，使程序单步执行，当出现R-Stall时停止，运行过程中出现下图3所示，输入整数6。 图3 输入整数6 @ 打开Clock Diagram，可以清楚的看到指令执行的流水线如图4所示。 图4 指令流水线 双击第一次出现R-Stall的指令行，如图5所示。

图5 指令详细信息 对以上出现的情况分析如下： 程序发生了数据相关，R-Stall（R-暂停）表示引起暂停的原因是RAW。 lbu r3,0×0(r2) 要在WB周期写回r3中的数据；而下一条指令 & seqi r5,r3,0×a 要在intEX周期中读取r3中的数据。 上述过程发生了WR冲突，即写读相关。为了避免此类冲突， seq r5,r4,0×a的intEX指令延迟了一个周期进行。 由此，相关指令为： 2）控制相关 由图6可以看出，在第4时钟周期：第一条指令处于MEM段，第二条命令处于intEX段，第三条指令出于aborted状态，第四条命令处于IF段。 图 6 指令流水线 }

软件体系结构KWIC实验

《软件体系结构》 实验：软件体系结构风格之应用

一、实验目的 通过KWIC 实例分析，理解和掌握软件体系结构风格设计与实现。 二、实验内容 多种软件风格设计与实现之KWIC 实例： 1．采用主/子程序体系结构风格实现KWIC 关键词索引系统 2．采用面向对象体系架构风格实现KWIC 关键词索引系统 3．采用管道过滤 体系架构风格实现KWIC 关键词索引系统 4．采用事件过程调用体系架构风格实现KWIC 关键词索引系统 三、实验要求与实验环境 熟练掌握基于主/子程序体系结构风格的KWIC 关键词索引系统，在此基础上，完成基于面向对象体系架构风格的KWIC 关键词索引系统设计与实现。选做基于管道过滤体系架构风格的KWIC 关键词索引系统；选做基于事件过程调用体系架构 风格的KWIC 关键词索引系统。 实验课前完成实验报告的实验目的、实验环境、实验内容、实验操作过程等 内容；实验课中独立/团队操作完成实验报告的实验操作、实验结果及结论等内容；每人一台PC 机，所需软件Win2003/XP 、UML 工具（EclipseUML/ Rose/Visio/StartUML/）、Eclipse/MyEclipse、JDK6.0 等。 四、实验操作 1、采用主/子程序体系结构风格实现KWIC 关键词索引系统 主程序/子程序风格（Main Program/Subroutine Style）将系统组织成层次结构，包括一个主程序和一系列子程序。主程序是系统的控制器，负责调度各子程 序的执行。各子程序又是一个局部的控制器，调度其子程序的执行。设计词汇表：主程序main(), 子程序shift(), sort() 方法，方法的调用，返回构件和连接件类型：

操作系统实验报告

操作系统实验报告 ' 学号： 姓名： 指导老师： 完成日期： ~

目录 实验一 (1) 实验二 (2) 实验三 (7) 实验四 (10) 实验五 (15) 实验六 (18) 实验七 (22) \

实验一 UNIX/LINUX入门 一、实验目的 了解 UNIX/LINUX 运行环境，熟悉UNIX/LINUX 的常用基本命令，熟悉和掌握UNIX/LINUX 下c 语言程序的编写、编译、调试和运行方法。 二、实验内容 熟悉 UNIX/LINUX 的常用基本命令如ls、who、pwd、ps 等。 练习 UNIX/LINUX的文本行编辑器vi 的使用方法 熟悉 UNIX/LINUX 下c 语言编译器cc/gcc 的使用方法。用vi 编写一个简单的显示“Hello,World!”c 语言程序，用gcc 编译并观察编译后的结果，然后运行它。 三、实验要求 按照要求编写程序，放在相应的目录中，编译成功后执行，并按照要求分析执行结果，并写出实验报告。 四、实验程序 #include <> #include <> int main() { printf ("Hello World!\n"); return 0; } 五、实验感想 通过第一次室验，我了解 UNIX/LINUX 运行环境，熟悉了UNIX/LINUX 的常用基本命令，熟悉和掌握了UNIX/LINUX 下c 语言程序的编写、编译、调试和运行方法。

实验二进程管理 一、实验目的 加深对进程概念的理解，明确进程与程序的区别；进一步认识并发执行的实质。 二、实验内容 （1）进程创建 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“a“；子进程分别显示字符”b“和字符“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。 （2）进程控制 修改已编写的程序，将每一个进程输出一个字符改为每一个进程输出一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析原因。 （3）进程的管道通信 编写程序实现进程的管道通信。使用系统调用pipe()建立一个管道，二个子进程P1 和P2 分别向管道各写一句话： Child 1 is sending a message! Child 2 is sending a message! 父进程从管道中读出二个来自子进程的信息并显示（要求先接收P1，再接收P2）。 三、实验要求 按照要求编写程序，放在相应的目录中，编译成功后执行，并按照要求分析执行结果，并写出实验报告。 四、实验设计 1、功能设计 （1）进程创建 使用fork（）创建两个子进程，父进程等待两个子进程执行完再运行。 （2）进程控制 使用fork（）创建两个子进程，父进程等待两个子进程分别输出一句话再运行。 （3）进程的管道通信 先创建子进程1，向管道写入一句话，子进程1结束后创建子进程2，向管道写入一句话，最后父进程从管道中读出。 2、数据结构 子进程和管道。 3、程序框图

系统结构实验设计

实践设计报告 设计名称：计算机系统结构实践设计 设计项目：流水线与流水线冲突 姓名：冯皓明 专业：计算机科学与技术 班级：18-4 学号：1804010405

计算机科学与技术学院 实验教学中心 20 20 年 5 月15 日 目录 一．实践设计的目的和意义 二．实践设计的内容和要求 三．设计用的设备仪器 四．实践设计的相关技术 五．项目设计与实现 六．结束语 一实验目的 加深对计算机流水线基本概念的理解。 理解MIPS结构如何用段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作。 加深对数据冲突、结构冲突和控制冲突的理解，理解这三类冲突对CPU性能的影响。 通过采用相关技术来消解各种冲突，进一步理解解决流水线冲突的方法。二．要求 学习模拟器的结构、原理和基本操作方法。 运行样例程序，观察流水线的工作过程和冲突产生的情况。 运用所学知识，通过对模拟器的一些功能设置来解决产生的结构冲突，数据冲突，控制冲突。 自行编写一段程序，分别验证各种冲突的解决方法。（程序行数不需过多，10行左右，只要包括这几种冲突情况即可）。

三实验用设备器材 计算机一台。指令级和流水线操作级模拟器MIPS。 四．实践设计的相关技术 五．项目设计与实现 （1）启动MIPSsim （2）根据预备知识中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各流水寄存器的含义。 流水线窗口如下图： 取指令（IF）、指令译码/读寄存器（ID）、执行/访存有效地址计算（EX）、存储器访问（MEM）、结果写回寄存器（WB），（用鼠标双击各段，就可以看到各流水寄存器的内容）

1.观察程序在流水线中的执行情况，步骤如下： （1）选择MIPS的“文件”—>“载入程序”选项来加载pipeline.s。（2）观察比较各个执行周期 当执行到第13个时钟周期时，各段分别正在处理的指令是： IF: LW $r4,60（$r6） ID：ADDI $r3，$r0,25 EX：ADDI $r1,$r1,-1 MEM：ADDI $r6,$r0,8 WB：ADD $r2,$r1,$r0 时钟周期图：

电大操作系统本科实验报告

中央广播电视大学计算机科学与技术专业操作系统（本科） 实验报告 院系：_______________ 班级：________ 学生姓名：_____________ 学号：______ 指导教师：________ 完成日期2015年月日

一、实验题目： Linux应用及shell编程 二、实验目的和要求： 目的 1．掌握Linux一般命令格式和常用命令。 2．学会使用vi编辑器建立、编辑文本文件。 3．了解shell的作用和主要分类。 4．学会bash脚本的建立和执行方式。 5．理解bash的基本语法。 6．学会编写简单的shell脚本。 要求 1．登录进入系统，修改个人密码。 2．使用简单命令：date，cal，who，echo，clear等，了解Linux命令格式。 3．进入vi。建立一个文件，如。进入插入方式，输入一个C语言程序的各行内容，故意制造几处错误。最后，将该文件存盘。回到shell状态下。 4．运行，编译该文件，会发现错误提示。理解其含义。 5．利用vi建立一个脚本文件，其中包括date，cal，pwd，ls等常用命令。然后以不同方式执行该脚本。 6．对主教材第2章中的适当例题进行编辑，然后执行。从而体会通配符、引号、输入输出重定向符、成组命令的作用；能正确使用自定义变量、位置参数、环境变量、输入/输出命令；能利用if语句、while语句、for语句和函数编写简单的脚本。 三、实验内容： 1．正确地登录和退出系统。 2．熟悉使用ls,cp,cat,等常用命令。 3．进入和退出vi。利用文本插入方式建立一个文件。

5．建立简单shell脚本并执行它。 四、实验技术和方法： Linux中各种脚本语言 五、实验环境： 虚拟机，ubuntuserver版，shell 六、实验步骤和结果： 1．正确地登录和退出系统。 使用exit命令退出系统 2．熟悉使用cat,cd,cp,ls,mor,rm,vi,who等常用命令。 2．使用vi编写 按：wq存储，并退出 5．建立shell脚本并执行它。 使用VI创建ex1文件,内容含三条命令date/pwd/cd.. 七、实验结果分析： 无 实训3 一、实验题目： 进程管理 二、实验目的和要求： 目的 1．加深对进程概念的理解，明确它与程序的区别，突出理解其动态性特征。

体系结构实验报告

中南大学软件学院 软件体系结构 设计模式实验报告 学生姓名：宋昂 所在学院：软件学院 学生学号： 3901080115 学生班级：软件0801 指导老师：刘伟 完成日期： 2010-12-7

一、实验目的 熟练使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现几种常见的设计模式，包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式和适配器模式，理解每一种设计模式的模式动机，掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式，并学会分析这些模式的使用效果。 二、实验内容 使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式和适配器模式，包括根据实例绘制模式结构图、编写模式实例实现代码，运行并测试模式实例代码。 (1) 简单工厂模式 使用简单工厂模式设计一个可以创建不同几何形状(Shape)的绘图工具类，如可创建圆形(Circle)、方形(Rectangle)和三角形(Triangle) 对象，每个几何图形都要有绘制draw()和擦除erase()两个方法，要求在绘制不支持的几何图形时，提示一个UnsupportedShapeException，绘制类图并编程实现。 (2) 简单工厂模式 使用简单工厂模式模拟女娲(Nvwa)造人(Person)，如果传入参数“M”，则返回一个Man 对象，如果传入参数“W”，则返回一个Woman对象，使用任意一种面向对象编程语言实现该场景。现需要增加一个新的Robot类，如果传入参数“R”，则返回一个Robot对象，对代码进行修改并注意女娲的变化。 (3) 工厂方法模式 某系统日志记录器要求支持多种日志记录方式，如文件记录、数据库记录等，且用户可以根据要求动态选择日志记录方式，现使用工厂方法模式设计该系统。用代码实现日志记录器实例，如果在系统中增加一个中的日志记录方式——控制台日志记录(ConsoleLog)，绘制类图并修改代码，注意增加新日志记录方式过程中原有代码的变化。

操作系统实验报告

操作系统实验报告 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

实验二进程调度1．目的和要求 通过这次实验，理解进程调度的过程，进一步掌握进程状态的转变、进程调度的策略，进一步体会多道程序并发执行的特点，并分析具体的调度算法的特点，掌握对系统性能的评价方法。 2．实验内容 阅读教材《计算机操作系统》第二章和第三章，掌握进程管理及调度相关概念和原理。 编写程序模拟实现进程的轮转法调度过程，模拟程序只对PCB进行相应的调度模拟操作，不需要实际程序。假设初始状态为：有n个进程处于就绪状态，有m个进程处于阻塞状态。采用轮转法进程调度算法进行调度(调度过程中，假设处于执行状态的进程不会阻塞)，且每过t个时间片系统释放资源，唤醒处于阻塞队列队首的进程。 程序要求如下： 1）输出系统中进程的调度次序； 2）计算CPU利用率。 3．实验环境 Windows操作系统、VC++6.0 C语言 4设计思想： （1）程序中进程可用PCB表示，其类型描述如下：

structPCB_type { intpid;//进程名 intstate;//进程状态 2——表示“执行”状态 1——表示“就绪”状态 0——表示“阻塞”状态 intcpu_time;//运行需要的CPU时间（需运行的时间片个数） } 用PCB来模拟进程； （2）设置两个队列，将处于“就绪”状态的进程PCB挂在队列ready中；将处于“阻塞”状态的进程PCB挂在队列blocked中。队列类型描述如下： structQueueNode{ structPCB_typePCB; StructQueueNode*next; } 并设全程量： structQueueNode*ready_head=NULL,//ready队列队首指针 *ready_tail=NULL,//ready队列队尾指 针

操作系统实验报告-中南大学

操作系统原理试验报告 班级： 学号： 姓名：

实验一：CPU调度 一、实验内容 选择一个调度算法，实现处理机调度。 二、实验目的 多道系统中，当就绪进程数大于处理机数时，须按照某种策略决定哪些进程优先占用处理机。本实验模拟实现处理机调度，以加深了解处理机调度的工作。 三、实验题目 1、设计一个按优先权调度算法实现处理机调度的程序； 2、设计按时间片轮转实现处理机调度的程序。 四、实验要求 PCB内容： 进程名/PID； 要求运行时间（单位时间）； 优先权； 状态： PCB指针； 1、可随机输入若干进程，并按优先权排序； 2、从就绪队首选进程运行：优先权-1/要求运行时间-1 要求运行时间=0时，撤销该进程 3、重新排序，进行下轮调度 4、最好采用图形界面； 5、可随时增加进程； 6、规定道数，设置后备队列和挂起状态。若内存中进程少于规定道数，可自动从后备 队列调度一作业进入。被挂起进程入挂起队列，设置解挂功能用于将指定挂起进程解挂入就绪队列。 7、每次调度后，显示各进程状态。 实验二：内存管理 一、实验内容 主存储器空间的分配和回收 二、实验目的 帮助了解在不同的存储管理方式下，应怎样实现主存空间的分配和回收。 三、实验题目 在可变分区管理方式下，采用最先适应算法实现主存空间的分配和回收。

四、实验要求 1、自行假设主存空间大小，预设操作系统所占大小并构造未分分区表； 表目内容：起址、长度、状态（未分/空表目） 2、结合实验一，PCB增加为： {PID，要求运行时间，优先权，状态，所需主存大小，主存起始位置，PCB指针} 3、采用最先适应算法分配主存空间； 4、进程完成后，回收主存，并与相邻空闲分区合并 .1、Vo类说明（数据存储结构） 进程控制块PCB的结构： Public class PCB{ //进程控制块PCB，代表一个进程 //进程名，作为进程的标识； private String name; //要求运行时间，假设进程运行的单位时间数； private int time; //赋予进程的优先权，调度时总是选取优先数小的进程先执行； private int priority; //状态，假设有“就绪”状态（ready）、“运行”状态（running）、 //“后备”状态（waiting）、“挂起”状态(handup) private String state; //进程存放在table中的位置 private int start; //进程的大小 private int length; //进程是否进入内存，1为进入，0为未进入 private int isIn; //进程在内存中的起始位置 private int base; //进程的大小 private int limit; //一些get和set方法以及构造器省略… };

北邮计算机系统结构实验报告-实验一到五-WINDLX模拟器

北京邮电大学 实验报告 课程名称计算机系统结构 计算机学院03班 王陈(11)

目录 实验一WINDLX模拟器安装及使用......................................... 错误!未定义书签。 ·实验准备................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验内容及要求.................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验二指令流水线相关性分析 ............................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验三DLX处理器程序设计 .................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 A.向量加法代码及性能分析 ................................................... 错误!未定义书签。 B.双精度浮点加法求和代码及结果分析 .............................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验四代码优化 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会........................................................... 错误!未定义书签。实验五循环展开 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 矩阵乘程序代码清单及注释说明........................................... 错误!未定义书签。 相关性分析结果........................................................................... 错误!未定义书签。 增加浮点运算部件对性能的影响........................................... 错误!未定义书签。 增加forward部件对性能的影响 ............................................ 错误!未定义书签。 转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销 .. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会+课程建议......................................... 错误!未定义书签。

计算机系统结构实验报告

计算机系统结构实验报告 一．流水线中的相关 实验目的： 1. 熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点； 2. 加深对计算机流水线基本概念的理解； 3. 进一步了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作； 4. 加深对数据相关、结构相关的理解，了解这两类相关对CPU性能的影响； 5. 了解解决数据相关的方法，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。 实验平台： WinDLX模拟器 实验内容和步骤： 1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序： 求阶乘程序fact.s 求最大公倍数程序gcm.s 求素数程序prim.s 分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察 CPU中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX的操作和使用。 2. 用WinDLX运行程序structure_d.s，通过模拟找出存在资源相关的指令对以及导致资源相 关的部件；记录由资源相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的 百分比；论述资源相关对CPU性能的影响，讨论解决资源相关的方法。 3. 在不采用定向技术的情况下（去掉Configuration菜单中Enable Forwarding选项前的勾选符），用WinDLX运行程序data_d.s。记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的 总时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。 在采用定向技术的情况下（勾选Enable Forwarding），用WinDLX再次运行程序data_d.s。重复上述3中的工作，并计算采用定向技术后性能提高的倍数。 1. 求阶乘程序 用WinDLX模拟器执行求阶乘程序fact.s。这个程序说明浮点指令的使用。该程序从标准 输入读入一个整数，求其阶乘，然后将结果输出。 该程序中调用了input.s中的输入子程序，这个子程序用于读入正整数。 实验结果： 在载入fact.s和input.s之后，不设置任何断点运行。 a.不采用重新定向技术，我们得到的结果

操作系统实验报告

《操作系统原理》实验报告 实验项目名称:模拟使用银行家算法判断系统的状态 一、实验目的 银行家算法是操作系统中避免死锁的算法，本实验通过对银行家算法的模拟，加强对操作系统中死锁的认识，以及如何寻找到一个安全序列解除死锁。 二、实验环境 1、硬件：笔记本。 2、软件：Windows 7 , Eclipse。 三、实验内容 1.把输入资源初始化，形成资源分配表； 2.设计银行家算法，输入一个进程的资源请求，按银行家算法步骤进行检查； 3.设计安全性算法，检查某时刻系统是否安全； 4.设计显示函数，显示资源分配表，安全分配序列。 四、数据处理与实验结果 1.资源分配表由进程数组，Max，Allocation，Need，Available 5个数组组成； 实验采用数据为下表： 2.系统总体结构，即菜单选项，如下图

实验的流程图。如下图 3.实验过程及结果如下图所示

1.首先输入进程数和资源类型及各进程的最大需求量 2.输入各进程的占有量及目前系统的可用资源数量 3.初始化后，系统资源的需求和分配表 4.判断线程是否安全

5.对线程进行死锁判断 五、实验过程分析 在实验过程中，遇到了不少问题，比如算法无法回滚操作，程序一旦执行，必须直接运行到单个任务结束为止，即使产生了错误，也必须等到该项任务结束才可以去选择别的操作。但总之，实验还是完满的完成了。 六、实验总结 通过实验使我对以前所学过的基础知识加以巩固，也对操作系统中抽象理论知识加以理解，例如使用Java语言来实现银行家算法，在这个过程中更进一步了解了银行家算法，通过清晰字符界面能进行操作。不过不足之处就是界面略显简洁，对于一个没有操作过计算机的人来说，用起来可能还是有些难懂。所以，以后会对界面以及功能进行完善，做到人人都可以看懂的算法。

系统结构实验报告一

《计算机系统结构课内实验》 实验报告 班级：计算机01 姓名：陈世阳 学号：10055008 日期：2013.5.10

一、实验目的及要求 1. 熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点； 2. 加深对计算机流水线基本概念的理解； 3. 进一步了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作； 4. 加深对数据相关、结构相关的理解，了解这两类相关对CPU性能的影响； 5. 了解解决数据相关的方法，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。 二、实验环境 WinDLX模拟器 三、实验内容 1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序（任选一个）： ●求阶乘程序fact.s ●求最大公倍数程序gcm.s ●求素数程序prim.s 分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX的操作和使用。 注意：fact.s中调用了input.s中的输入子程序。load程序时，要两个程序一起装入（都select后再点击load）。gcm.s也是如此。 2.用WinDLX运行程序structure_d.s，通过模拟： ●找出存在结构相关的指令对以及导致结构相关的部件； ●记录由结构相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期 数的百分比； ●论述结构相关对CPU性能的影响，讨论解决结构相关的方法。 3.在不采用定向技术的情况下（去掉Configuration菜单中Enable Forwarding选项 前的勾选符），用WinDLX运行程序data_d.s。记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。 4.在采用定向技术的情况下（勾选Enable Forwarding），用WinDLX再次运行程序 data_d.s。重复上述3中的工作，并计算采用定向技术后性能提高的倍数。 四、实验步骤及结果 1.（1）用winDLX执行求最大公倍数程序gcm.s: File->load code or data->分别选中gcm.s和input.s->select. （2）首先直接运行整个程序（enable forwarding），execute->run(或按F 5) 例如，输入如下：

操作系统实验报告

操作系统实验报告 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

许昌学院 《操作系统》实验报告书学号： 姓名：闫金科 班级：14物联网工程 成绩: 2016年02月

实验一Linux的安装与配置 一、实验目的 1.熟悉Linux系统的基本概念，比如Linux发行版、宏内核、微内核等。 2.掌握Linux系统的安装和配置过程，初步掌握Linux系统的启动和退出方 法。 3.熟悉Linux系统的文件系统结构，了解Linux常用文件夹的作用。 二、实验内容 1.从网络上下载VMware软件和两个不同Linux发行版镜像文件。 2.安装VMware虚拟机软件。 3.在VMware中利用第一个镜像文件完成第一个Linux的安装，期间完成网络 信息、用户信息、文件系统和硬盘分区等配置。 4.在VMware中利用第二个镜像文件完成第二个Linux的安装，并通过LILO或 者GRUB解决两个操作系统选择启动的问题。 5.启动Linux系统，打开文件浏览器查看Linux系统的文件结构，并列举出 Linux常用目录的作用。 三、实验过程及结果 1、启动VMware，点击新建Linux虚拟机，如图所示： 2、点击下一步，选择经典型，点击下一步在选择客户机页面选择 Linux，版本选择RedHatEnterpriseLinux5，如图所示： 3、点击下一步创建虚拟机名称以及所要安装的位置，如图所示： 4、点击下一步，磁盘容量填一个合适大小，此处选择默认值大小 10GB，如图所示： 5、点击完成，点击编辑虚拟机设置，选择硬件选项中的CD-ROM （IDE...）选项，在右侧连接中选择“使用ISO镜像（I）”选项，点 击“浏览”，找到Linux的镜像文件，如图所示：

计算机体系结构实验报告二

实验二结构相关 一、实验目的： 通过本实验，加深对结构相关的理解，了解结构相关对CPU性能的影响。 二、实验内容： 1. 用WinDLX模拟器运行程序structure_d.s 。 2. 通过模拟，找出存在结构相关的指令对以及导致结构相关的部件。 3. 记录由结构相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行 周期数的百分比。 4. 论述结构相关对CPU性能的影响，讨论解决结构相关的方法。 三、实验程序structure_d.s LHI R2, (A>>16)&0xFFFF 数据相关 ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 loop: LD F0, 0(R2) LD F4, 0(R3) ADDD F0, F0, F4 ；浮点运算，两个周期，结构相关 ADDD F2, F0, F2 ; <- A stall is found (an example of how to answer your questions) ADDI R2, R2, #8 ADDI R3, R3, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop ；条件跳转 TRAP #0 ;; Exit <- this is a comment !! A: .double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 B: .double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

四、实验过程 打开软件，load structure_d.s文件，进行单步运行。经过分析，此程序一 次循环中共有五次结构相关。（R-stall 数据相关Stall- 结构相关） 1)第一个结构相关：addd f2,,f0,f2 由于前面的数据相关，导致上一条指令addd f0,f0,f4暂停在ID阶段，所以下一条指令addd f2,,f0,f2发生结构相关，导致相关的部件：译码部件。 2)第二个结构相关：ADDI R2, R2, #8，与第一个结构相关类似。由于数据相关， 上一条指令暂停在ID阶段，所以导致下一条指令发生结构相关。

计算机系统结构实验1预习报告

计算机系统结构实验 实验1：MIPS指令系统和MIPS体系结构 （预习报告） 姓名： 学号： 班级：

大连理工大学实验预习报告 学院：______________________专业:_______________________班级:_____________________ 姓名：______________________学号:_______________________ 实验时间：__________________实验室：__________________实验台：__________________ 指导老师签字：_________________________________________成绩：____________________ 实验目的： 了解熟悉MIPSsim模拟器； 熟悉MIPS指令系统及其特点； 熟悉MIPS体系结构 实验平台： 指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim 资料准备： MIPS64指令系统介绍 1.MIPS的寄存器 32个64位通用寄存器（GPRs整数寄存器）：R0-R31。R0的值永远是0。 32个64位浮点数寄存器FPRs：F0-F31。它们可以存放32个单精度浮点数（32位），也可以存放32个双精度浮点数（64位）。 MIPS提供了单精度和双精度操作的指令，而且还提供了在FPRs和GPRs之间传送数据的指令。2.MIPS的数据表示

整数：字节（8位）、半字（16位）、字（32位）和双字（64位）。 浮点数：单精度浮点数（32位）和双精度浮点数（64位）。 MIPS64的操作是针对64位整数以及32位或64位浮点数进行的。字节、半字或字在装入64位寄存器时，用零扩展或者用符号位扩展来填充该寄存器的剩余部分。装入以后，对它们按照64位整数的方式进行运算。 3.MIPS的数据寻址方式 MIPS的数据寻址方式只有立即数寻址和偏移量寻址两种，立即数字段和偏移量字段都是16位。 寄存器间接寻址是通过把0作为偏移量来实现的，16位绝对寻址是通过把R0作为基址寄存器来完成的。 MIPS的存储器是按字节寻址的，地址是64位。由于MIPS是load-store结构，寄存器和存储器之间的数据传送都是通过load指令和store指令来完成的。所有存储器访问都必须边界对齐。 4.MIPS的指令格式 指令格式简单，其中操作码6位。按不同类型的指令设置不同的格式，共有3种格式，分别对应I指令、R指令和J指令。在这3种格式中，同名字段的位置固定不变。 I类指令 包括所有的load和store指令、立即数指令、分支指令、寄存器跳转指令、寄存器链接跳转指令。其中立即数字段位16位，用于提供立即数或偏移量。 1）load指令 2）store指令 3）立即数指令 4）分支指令 5）寄存器跳转、寄存器跳转并链接

操作系统实验报告1

操作系统 实验报告 班号：1303107 学号：1130310726 姓名：蔡鹏

1.请简述head.s 的工作原理。 head.s实在32位保护模式下运行的。我认为这段程序主要包括两个部分：1.初始化设置。2.任务执行与切换。 初始设置主要包括了：1.设置GDT表2.设置系统定时芯片3. 设置IDT表（0x08时钟中断和0x80系统调用中断）4.切换到任务0执行 任务切换和执行包括了：1.任务0和任务1 , 2.时钟中断, 3.系统中断 两个任务的在LDT中代码段和数据段描述符的内容都设置为：基地址0x0000；段限长值为0x03ff，实际段长度为4MB。因此在线性地址空间中这个?内核?的代码和数据段与任务的代码和数据段都从线性地址0开始并且由于没有采用分页机制，所以他们都直接对应物理地址0开始处。 为了每隔10毫秒切换运行的任务，head.s程序中把定时器芯片8253的通道0设置成每隔10毫秒就向中断控制芯片8259A发送一个时钟中断请求信号。PC机的ROM BIOS开机时已经在8259A中把时钟中断请求信号设置成中断向量8，因此我们需要在中断8的处理过程中执行任务切换操作。任务切换的实现是查看current变量中的当前运行的任务号，如果为0，就利用任务1的TSS选择符作为操作数执行远跳转指令，从而切换到任务1中，否则反之。

每个任务在执行时，会首先把一个字符的ASCII码放入寄存器AL中，然后调用系统中断调用int 0x80，而该系统调用处理过程则会调用一个简单的字符写屏子程序，把寄存器AL中的字符显示在屏幕上，同时把字符显示的屏幕的下一个位置记录下来，作为下一次显示字符用。在显示过一个字符后，任务代码会使用循环语句延迟一段时间，然后又跳转到任务代码开始处继续循环执行，直到运行了10毫秒而发生了定时中断，从而代码会切换到另一个任务执行。对于任务A，寄存器AL中始终存放字符‘A’，而任务B运行时AL中始终存放字符‘B’。因此程序运行时我们将看到一连串的‘A’和一连串的‘B’间隔的连续不断的显示在屏幕上。若出现了一个‘C’，是由于PC机偶然产生了一个不是时钟中断和系统调用中断的其他中断。因为我们已经在程序中给所有其他中断安装了一个默认中断处理程序。当出现一个其他中断时，系统就会运行这个中断处理程序，于是就会在屏幕上显示一个‘C’，然后退出中断。 4.请记录head.s 的内存分布状况，写明每个数据段，代码段，栈段 的起始与终止的内存地址。