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操作系统课程综合实践
题目：磁盘文件操作
班级：
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学号：
指导教师：
2011年 12 月 23日
磁盘文件操作
摘要：
为了正确地实现文件的存取，文件系统设计了一组与存取文件有关的功能模块，用户可以用“访问指令”调用这些功能模块，以实现文件的存取要求。我们把文件系统设计的这一组功能模块称为“文件操作“，实验就是要模拟实现一些文件操作。文件操作不是独立的，它和文件系统的其他部分密切相关，若要实现文件操作就离不开文件的目录结构、文件的组织结构和磁盘空间的管理。因此，这个实习虽然是文件操作的模拟实现，但还是必须模拟一部分文件的组织结构、目录结构和磁盘空间管理的实现。
关键字：磁盘、文件、目录、分配表。
一、实验内容：
设计一个简单的文件系统，用文件模拟磁盘，用数组模拟缓冲区，要求实现；1．支持多级目录结构，支持文件的绝对路径；
2．文件的逻辑结构采用流式结构，物理结构采用链接结构中的显示链接方式；
3．采用文件分配表；
4．实现的命令包括建立目录、列目录、删除空目录、建立文件、删除文件、显示文件内容、打开文件、读文件、写文件（追加方式）、关闭文件、改变文件属性。
最后编写主函数对所做工作进行测试。
二、实验目的：
1、文件的操作。
2、文件的逻辑结构和物理结构
3、磁盘空间的管理
4、磁盘目录结构
三、实验环境：
Windows XP、VC++
四、程序运行结果（详图）：
程序运行的主界面：用户运行命令7-建立目录
用户运行命令1-建立文件：
显示目录内容：
打开文件：
写文件：
关闭文件：
再次显示目录内容:
以上为程序的运行的部分截图。
五、程序清单：
#define false 0
#define true 1
#include ""
ame,name)!=0)/*依次查找已打开文件表*/
i++;
if(i>=
return(-1);
return(i);
}/*查找sopen函数结束*/
void dopen(char *name)
/*在已打开文件表中删除文件name*/
64L64L64L-64L64Llag==1)
{
printf("文件以写方式打开，不能读\n");
return 0;
}
t=0;
fseek(fc,[i].*64L,SEEK_SET);
fread(buffer1,64,1,fc);
while(t { putchar(buffer1[[i].]);/*读出一个字符（这里是在屏幕上显示）*/ if((t+1)%64==0)putchar('\n'); /*修改读指针*/ [i].++; if[i].>=64)/*一块读完，读取下一个盘块*/ { fseek(fc,[i].64*64, SEEK_SET); fread(buffer1,64,1,fc); [i].=buffer1[[i].%64];/*修改读指针*/ [i].=0; fseek(fc,[i].*64L,SEEK_SET); fread(buffer1,64,1,fc);/*读取下一个*/ } t++; } }/*读函数结束*/ int write_file(char *name,char *buff,int length) lag==0) { printf("文件以读方式打开，不能写\n"); return (false); } t=0; fseek(fc,[i].*64L, SEEK_SET); fread(buffer1,64,1,fc); while(t { buffer1[[i].]=buff[t]; [i].++; [i].length++; if[i].>=64) { fseek(fc, [i].*64L, SEEK_SET); fwrite(buffer1,64,1,fc);/*一块写完，写回磁盘*/ if((dd=allocate())==false) { [i].; [i].length--; printf("无磁盘空间,部分信息丢失，写失败\n"); return (false); }/*if*/ fseek(fc,[i].64*64L, SEEK_SET); fread(buffer1,64,1,fc); buffer1[[i].%64]=dd; fseek(fc,[i].64*64L, SEEK_SET); fwrite(buffer1,64,1,fc); [i].=dd; [i].=0; }/*if*/ t++; }/*while*/ fseek(fc, [i].*64L, SEEK_SET); fwrite(buffer1,64,1,fc);/*一块写完，写回磁盘*/ }/*写函数结束*/ int search(char *name,int flag,int *dnum,int *bnum) /*查找路径名为name的文件或目录,返回该目录的起始盘块号 */ &&name[k]!='/'&&s<3&&name[k]!='\0';s++,k++) pna[s]=name[k]; for(;s<3;s++)/*用空格补全名字长度*/ pna[s]=' '; while(name[k]!='.'&&name[k]!='\0'&&name[k]!='/')/*除去多余字符*/ k++; type[0]=type[1]=' '; if(name[k]=='.')/*取文件类型名type*/ if(flag==8) { printf("目录不应该有有类型名,查找失败\n"); return(false); } else {/*文件遇到类型名认为结束,后面的字符作废*/ k++; if(name[k]!='\0')type[0]=name[k]; k++; if(name[k]!='\0')type[1]=name[k]; if(name[k]!='\0'&&name[k+1]!='\0') { printf("文件名错误\n"); return(false); } last=1; } else if(name[k]!='\0')k++; if(name[k]=='\0') last=1; /*查找目录且名字等于pna的目录项*/ fseek(fc,i*64L,SEEK_SET); fread(buffer2,64L,1,fc); j=0; if(last==1&&flag!=8) while(j<8&&!(buffer2[j].attribute!=8&&buffer2[j].name[0]==pna[0]& & buffer2[j].name[1]==pna[1]&&buffer2[j].name[2]==pna[2]&& buffer2[j].type[0]==type[0]&&buffer2[j].type[1]==type[1])) j++; else while(j<8&&!(buffer2[j].attribute==8&&buffer2[j].name[0]==pna[0]& &buffer2[j].name[1]==pna[1] &&buffer2[j].name[2]==pna[2])) j++; if(j<8)/*找到该目录或文件*/ if(last==1)/*查找结束*/ { *dnum=i; *bnum=j; return(buffer2[j].address); } ddress;/*读取下一个盘块*/ else return(false); }/*while 查找结束*/ }/*search()结束*/ int create_file(char *name,int attribute) /*建立文件函数，路径名name,文件属性attribute*/ ;j++,k++) dname[k]=name[j]; if(k==0) { printf("错误文件名或目录名\n"); return(false); } for(;k<3;k++) dname[k]=' '; k=0; if(name[j++]=='.')/*分离类型名*/ { for(;name[j]!='\0'&&k<2&&name[j]!='.';j++,k++) tname[k]=name[j]; } for(;k<2;k++) tname[k]=' '; if((d=search(pathname,8,&dn,&bn))==false)/*找到目录路径，返回该 目录所在块号dn和项数bn*/ { printf("目录不存在，不能建立"); return(false); } /*确认该目录不存在的同时查找空目录项*/ b=-1; 64L64Lame[0]==dname[0]&&buffer2[t].name[1]==dname[1]&&buffer2[t].name [2]==dname[2] &&buffer2[t].type[0]==tname[0]&&buffer2[t].type[1]==tname[1]) {/*找到名字dname的文件，建立失败*/ printf("文件已经存在，不能建立\n"); return(false); } if(buffer2[t].name[0]=='$'&&b==-1) b=t; }/*for*/ if(b==-1)/*没有空目录项,建立失败*/ { printf("目录无空间\n"); return(false); } if((dd=allocate( ))==false)/*分配给建立目录的磁盘盘块dd*/ { printf("建立文件失败\n"); return(false); } for(i=0;i<3;i++) buffer2[b].name[i]=dname[i]; for(i=0;i<2;i++) buffer2[b].type[i]=tname[i]; buffer2[b].attribute=attribute; buffer2[b].address=dd; buffer2[b].length=0; fseek(fc,d*64L,SEEK_SET); fwrite(buffer2,64L,1,fc); /*填写已打开文件表*/ strcpy,name); =attribute; =dd; =0; =1; 64Lttribute%2==1)&& attribute==1)/*对只读文件要求写*/ { printf("文件不能写，打开失败"); return(false); } strcpy,name); =buffer2[bnum].attribute; =buffer2[bnum].address; =attribute; if(attribute==1) { while(d!='\xff')/*寻找文件末尾*/ { fseek(fc, d/64*64L, SEEK_SET); fread(buffer1,64L,1,fc);/*读出dnum项所在FAT*/ last=d; d=buffer1[d%64];/*读出dnum块下一块内容赋给dnum*/ }/*while*/ fseek(fc, last*64L, SEEK_SET); fread(buffer1,64L,1,fc); for(i=0;i<64&&buffer1[i]!='#';i++); =(buffer2[bnum].length-1)*64+i; } iopen(&x);/*填写已打开文件表*/ } int close_file(char *name) /*关闭文件函数*/ lag==1)/*写文件的追加文件结束符*/ { fseek(fc,[i].*64L, SEEK_SET); fread(buffer1,64,1,fc); buffer1[[i].]='#'; fseek(fc,[i].*64L, SEEK_SET); fwrite(buffer1,64,1,fc); fputc('#',fc); search(name,4,&dnum,&bnum);/*查找该文件目录位置*/ /*修改目录中的文件长度*/ fseek(fc,dnum*64L, SEEK_SET); fread(buffer2,64,1,fc); buffer2[bnum].length=[i].length/64+1; fseek(fc, dnum*64L, SEEK_SET); fwrite(buffer2,64,1,fc); } /*在已打开文件表中删除该文件的登记项*/ if>1) 64Lame[0]='$';/*将该文件的目录置成空目录*/ fseek(fc,dnum*64L, SEEK_SET); fwrite(buffer2,64,1,fc); while(t!='\xff')/*通过FAT查找每一个盘块号，并依次删除*/ { dnum=t; fseek(fc, dnum/64*64, SEEK_SET); fread(buffer1,64,1,fc); t=buffer1[dnum%64]; buffer1[dnum%64]=0; fseek(fc, dnum/64*64L, SEEK_SET); fwrite(buffer1,64,1,fc); } }/*文件删除结束*/ int md(char *name) /*建立目录函数，目录路径名name*/ ;j++,k++) dname[k]=name[j]; if(k==0) { printf("错误文件名或目录名\n"); return(false); 64L64Lame[0]==dname[0]&&buffer2[t].name[1]==dname[1] &&buffer2[t].name[2]==dname[2]&&buffer2[t].attribute==8) {/*找到名字dname的目录，建立失败*/ printf("目录已经存在，不能建立\n"); return(false); } if(buffer2[t].name[0]=='$'&&b==-1) b=t; }/*for*/ if(b==-1)/*没有空目录项，不能建立*/ { printf("目录无空间\n"); return(false); } if((dd=allocate( ))==false)/*分配给建立目录的磁盘盘块dd*/ { printf("目录不能建立\n"); return(false); } /*填写目录项*/ for(i=0;i<3;i++) buffer2[b].name[i]=dname[i]; buffer2[b].type[0]=buffer2[b].type[1]=' '; buffer2[b].attribute=8; buffer2[b].address=dd; buffer2[b].length=0; fseek(fc,d*64L,SEEK_SET); fwrite(buffer2,64L,1,fc); /*分给新建目录的盘块初始化*/ for(t=0;t<8;t++) buffer2[t].name[0]='$'; fseek(fc, dd*64L, SEEK_SET); fwrite(buffer2,64L,1,fc); }/*建立目录结束*/ int dir(char *name) /*显示目录内容*/ 64L64Lame[0]!='$') printf(" %c%c%c %c%c %4d%7d\n", buffer2[t].name[0], buffer2[t].name[1], buffer2[t].name[2], buffer2[t].type[0], buffer2[t].type[1],buffer2[t].address, buffer2[t].length); }/*显示目录函数结束*/ char typefile(char *name) /*显示文件内容*/ 64L64L64Lttribute=attribute;/*修改属性*/ fseek(fc,dnum*64L,SEEK_SET); fwrite(buffer2,64,1,fc);/*写回磁盘*/ }/*改变文件属性函数结束*/ int main( ) { char name[20]; 64L64Lame[0]='$';/*若目录项的第一个字符为“$”表示该目录项为空*/ fwrite(buffer2,64L,1,fc); /*初始化已打开文件表*/ while(1) { printf("\n 0 - 结束\n"); printf(" 1 - 建立文件\n"); printf(" 2 - 打开文件\n"); printf(" 3 - 读文件\n"); printf(" 4 - 写文件\n"); printf(" 5 - 关闭文件\n"); printf(" 6 - 删除文件\n"); printf(" 7 - 建立目录\n"); printf(" 8 - 显示目录内容\n"); printf(" 9 - 显示文件内容\n"); printf(" 10 - 改变文件属性\n"); printf(" 选择功能项（0~9）:"); scanf("%d",&a); switch(a) { case 0: /*a=0程序结束*/ fclose(fc); exit(0); case 1: /*a=1建立文件*/ printf("输入文件路径名和文件属性（1-只读文件，3-只读系统文件，4-普通文件）:"); scanf("%s%d",name,&attribute); create_file(name,attribute); /*建立文件*/ break; case 2: /*a=2打开文件*/ printf("输入文件路径名和操作类型（0-读文件，1-写文件）:"); scanf("%s%d",name,&type); open_file(name,type); /*打开文件*/ break; case 3: /*a=3读文件*/ printf("输入文件路径名和读长度"); scanf("%s%d",name,&length); read_file(name,length); /*读文件*/ break; case 4: /*a=4写文件*/ printf("输入文件路径名:"); scanf("%s",name); printf("输入写的内容和和写长度"); scanf("%s%d",buffer,&length); write_file(name,buffer,length); /*写文件*/ break; case 5: /*a=5关闭文件*/ 算机操作系统（实验指导书），哈尔滨工业大学出版社.2008年9月 [2] 张明等编.操作系统习题解答与实验指导（第二版）.中国铁道出版社.2007 年12月 [3] 张丽芬等编.操作系统实验教程.清华大学出版社.2006年 [4] 张献忠等编.操作系统学习辅导.清华大学出版社.2004年 [5] 汤小丹等编.计算机操作系统.西安电子科技大学出版社.2006年9月 操作系统内存管理 操作系统内存管理 1. 内存管理方法 内存管理主要包括虚地址、地址变换、内存分配和回收、内存扩充、内存共享和保护等功能。 2. 连续分配存储管理方式 连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。 2.1 单一连续存储管理 在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP／M和 DOS 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内 存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的内存。 2.2 分区式存储管理 为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行内存分区的共享。 分区式存储管理引人了两个新的问题：内碎片和外碎片。 内碎片是占用分区内未被利用的空间，外碎片是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。 为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。 分区式存储管理常采用的一项技术就是内存紧缩(compaction)。 2.2.1 固定分区(nxedpartitioning)。 固定式分区的特点是把内存划分为若干个固定大小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。 优点：易于实现，开销小。 缺点主要有两个：内碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 2.2.2动态分区(dynamic partitioning)。 动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有内碎 《操作系统原理》 课程设计报告书 题目：磁盘调度 专业：网络工程 学号： 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 目录 第一章课程设计目的 (1) 1.1编写目的 (1) 第二章课程设计内容 (2) 2.1设计内容 (2) 2.1.1、先来先服务算法（FCFS） (2) 2.1.2、最短寻道时间优先算法（SSTF） (2) 2.1.3、扫描算法（SCAN） (3) 2.1.4、循环扫描算法（CSCAN） (3) 第三章系统概要设计 (4) 3.1模块调度关系图 (4) 3.2模块程序流程图 (4) 3.2.1 FCFS算法 (5) 3.2.2 SSTF算法 (6) 3.2.3 SCAN算法 (7) 3.2.4 CSCAN算法 (8) 第四章程序实现 (9) 4.1 主函数的代码实现 (9) 4.2.FCFS算法的代码实现 (11) 4.3 SSTF算法的代码实现 (13) 4.4 SCAN算法的代码实现 (15) 4.5 CSCAN算法的代码实现 (17) 第五章测试数据和结果 (20) 第六章总结 (23) 第一章课程设计目的 1.1编写目的 本课程设计的目的是通过磁盘调度算法设计一个磁盘调度模拟系统，从而使磁盘调度算法更加形象化，容易使人理解，使磁盘调度的特点更简单明了，能使使用者加深对先来先服务算法、最短寻道时间优先算法、扫描算法以及循环扫描算法等磁盘调度算法的理解 1 第二章课程设计内容 2.1设计内容 系统主界面可以灵活选择某种算法，算法包括：先来先服务算法（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）、循环扫描算法（CSCAN）。 2.1.1、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。 2.1.2、最短寻道时间优先算法（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。 2 操作系统上机 实验报告 成绩 教师： 2012 年 12月 5日 班级： 学号： 姓名： 实验地点： 实验时间： 实验一进程的建立 【实验目的】 创建进程及子进程 在父子进程间实现进程通信 【实验软硬件环境】 Linux 、Windows98、Windows2000 【实验内容】 创建进程并显示标识等进程控制块的属性信息； 显示父子进程的通信信息和相应的应答信息。 （进程间通信机制任选） 【实验程序及分析】 编程思路：首先本程序在Linux用C语言完成的，父子进程的创建用fork函数来实现，然后是父子进程间的通信，这里用pipe实现。可以定义chan1[2], chan1[2],chanx[0]表示读，chanx[1]表示写。他们配合使用。 【实验截图】 【实验心得体会】 通过这次上机练习，我熟悉了用c++实现进程的创建，销毁，父子进程间的通讯等一系列课程中需要学习的内容。本来进程的概念在一开始我始终无法清晰地理解，但是通过自己用mfc的方法去实现它后，我开始慢慢地理解操作系统的进程的运作机制。 虽然，我只是实现了一个父子进程的创建和通讯，但是，管中窥豹，我想自己开始明白一个操作系统正是由很多这种进程实现功能的。其中，系统整体的进程调度，管理等等还有很多东西等着我们去进一步学习、理解。 实验二进程间的同步 【实验目的】 理解进程同步和互斥模型及其应用 【实验软硬件环境】 Linux 、Windows98、Windows2000 【实验内容】 利用通信API实现进程之间的同步： 建立司机和售票员进程； 并实现他们间的同步运行。 【实验程序及分析】 程序总体思路：由于本次试验时用PV操作实现的互斥与同步模型，所以先实现P、V操作的函数，然后在主程序中利用PV操作函数实现司机和售票员的同步。司机和售票员分别为父进程和子进程，假设司机停车开门，此时为父进程中运行，然后申请开车，但是此时乘客没上车，所以只能阻塞。此时进入子进程，乘客上车，关门，售票员检票，释放开车，然后死机开车，到站，释放开车门。如此循环。 示意图 #include 学生学号 实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称 计算机操作系统 开 课 学 院 计算机科学与技术学院 指导老师姓名 学 生 姓 名 学生专业班级 2016 — 2017 学年第一学期 实验三 内存管理 一、设计目的、功能与要求 1、实验目的 掌握内存管理的相关内容，对内存的分配和回收有深入的理解。 2、实现功能 模拟实现内存管理机制 3、具体要求 任选一种计算机高级语言编程实现 选择一种内存管理方案：动态分区式、请求页式、段式、段页式等 能够输入给定的内存大小，进程的个数，每个进程所需内存空间的大小等 能够选择分配、回收操作 内购显示进程在内存的储存地址、大小等 显示每次完成内存分配或回收后内存空间的使用情况 二、问题描述 所谓分区，是把内存分为一些大小相等或不等的分区，除操作系统占用一个分区外，其余分区用来存放进程的程序和数据。本次实验中才用动态分区法，也就是在作业的处理过程中划分内存的区域，根据需要确定大小。 动态分区的分配算法：首先从可用表/自由链中找到一个足以容纳该作业的可用空白区，如果这个空白区比需求大，则将它分为两个部分，一部分成为已分配区，剩下部分仍为空白区。最后修改可用表或自由链，并回送一个所分配区的序号或该分区的起始地址。 最先适应法：按分区的起始地址的递增次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。 最佳适应法：按照分区大小的递增次序，查找，找到符合要求的第一个分区。 最坏适应法：按分区大小的递减次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。 三、数据结构及功能设计 1、数据结构 定义空闲分区结构体，用来保存内存中空闲分区的情况。其中size属性表示空闲分区的大小，start_addr表示空闲分区首地址，next指针指向下一个空闲分区。 //空闲分区 typedef struct Free_Block { int size; int start_addr; struct Free_Block *next; } Free_Block; Free_Block *free_block; 定义已分配的内存空间的结构体，用来保存已经被进程占用了内存空间的情况。其中pid作为该被分配分区的编号，用于在释放该内存空间时便于查找。size表示分区的大小，start_addr表示分区的起始地址，process_name存放进程名称，next指针指向下一个分区。 //已分配分区的结构体 typedef struct Allocate_Block { int pid; int size; int start_addr; char process_name[PROCESS_NAME_LEN]; struct Allocate_Block *next; } Allocate_Block; 2、模块说明 2.1 初始化模块 对内存空间进行初始化，初始情况内存空间为空，但是要设置内存的最大容量，该内存空间的首地址，以便之后新建进程的过程中使用。当空闲分区初始化 操作系统磁盘调度算法 实验报告 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 目录 1．课程设计目的 编写目的 本课程设计的目的是通过磁盘调度算法设计一个磁盘调度模拟系统，从而使磁盘调度算法更加形象化，容易使人理解，使磁盘调度的特点更简单明了，能使使用者加深对先来先服务算法、最短寻道时间优先算法、扫描算法以及循环扫描算法等磁盘调度算法的理解。 2．课程设计内容 设计内容 系统主界面可以灵活选择某种算法，算法包括：先来先服务算法（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）、循环扫描算法（CSCAN）。 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、最短寻道时间优先算法（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、扫描算法（SCAN） 扫描算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头的当前移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，扫描算法所选择的下一个访问对象应是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最近的。这样自里向外地访问，直到 第四章存储管理 1. C存储管理支持多道程序设计，算法简单，但存储碎片多。 A. 段式 B. 页式 C. 固定分区 D. 段页式 2.虚拟存储技术是 B 。 A. 补充内存物理空间的技术 B. 补充相对地址空间的技术 C. 扩充外存空间的技术 D. 扩充输入输出缓冲区的技术 3.虚拟内存的容量只受 D 的限制。 A. 物理内存的大小 B. 磁盘空间的大小 C. 数据存放的实际地址 D. 计算机地址位数 4.动态页式管理中的 C 是：当内存中没有空闲页时，如何将已占据的页释放。 A. 调入策略 B. 地址变换 C. 替换策略 D. 调度算法 5.多重分区管理要求对每一个作业都分配 B 的内存单元。 A. 地址连续 B. 若干地址不连续 C. 若干连续的帧 D. 若干不连续的帧 6.段页式管理每取一数据，要访问 C 次内存。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 7.分段管理提供 B 维的地址结构。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 8.系统抖动是指 B。 A. 使用计算机时，屏幕闪烁的现象 B. 刚被调出内存的页又立刻被调入所形成的频繁调入调出的现象 C. 系统盘不干净，操作系统不稳定的现象 D. 由于内存分配不当，造成内存不够的现象 9.在 A中，不可能产生系统抖动现象。 A. 静态分区管理 B. 请求分页式管理 C. 段式存储管理 D. 段页式存储管理 10.在分段管理中 A 。 A. 以段为单元分配，每段是一个连续存储区 B. 段与段之间必定不连续 C. 段与段之间必定连续 D. 每段是等长的 11.请求分页式管理常用的替换策略之一有 A 。 A. LRU B. BF C. SCBF D. FPF 12.可由CPU调用执行的程序所对应的地址空间为 D 。 A. 名称空间 B. 虚拟地址空间 C. 相对地址空间 D. 物理地址空间 13. C 存储管理方式提供二维地址结构。 A. 固定分区 B. 分页 内存管理模拟 实验目标： 本实验的目的是从不同侧面了解Windows 2000／XP 对用户进程的虚拟内存空间的管理、分配方法。同时需要了解跟踪程序的编写方法(与被跟踪程序保持同步，使用Windows提供的信号量)。对Windows分配虚拟内存、改变内存状态，以及对物理内存(physical memory)和页面文件(pagefile)状态查询的API 函数的功能、参数限制、使用规则要进一步了解。 默认情况下，32 位Windows 2000／XP 上每个用户进程可以占有2GB 的私有地址空间，操作系统占有剩下的2GB。Windows 2000／XP 在X86 体系结构上利用二级页表结构来实现虚拟地址向物理地址的变换。一个32 位虚拟地址被解释为三个独立的分量——页目录索引、页表索引和字节索引——它们用于找出描述页面映射结构的索引。页面大小及页表项的宽度决定了页目录和页表索引的宽度。 实验要求： 使用Windows 2000／XP 的API 函数，编写一个包含两个线程的进程，一个线程用于模拟内存分配活动，一个线程用于跟踪第一个线程的内存行为，而且要求两个线程之间通过信号量实现同步。模拟内存活动的线程可以从一个文件中读出要进行的内存操作，每个内存操作包括如下内容： 时间：操作等待时间。 块数：分配内存的粒度。 操作：包括保留(reserve)一个区域、提交(commit)一个区域、释放(release)一个区域、回收(decommit)一个区域和加锁(lock)与解锁(unlock)一个区域，可以将这些操作编号存放于文件。保留是指保留进程的虚拟地址空间，而不分配物理 存储空间。提交在内存中分配物理存储空间。回收是指释放物理内存空间，但在虚拟地址空间仍然保留，它与提交相对应，即可以回收已经提交的内存块。释放是指将物理存储和虚拟地址空间全部释放，它与保留(reserve)相对应，即可以释放已经保留的内存块。 大小：块的大小。 访问权限：共五种，分别为PAGE_READONLY,PAGE_READWRITE ，PAGE_EXECUTE，PAGE_EXECUTE_READ 和PAGE EXETUTE_READWRITE。可以将这些权限编号存放于文件中跟踪线程将页面大小、已使用的地址范围、物理内存总量，以及虚拟内存总量等信息显示出来。 人和以吟实验报告学院（系）名称：计算机与通信工程学院 【实验过程记录(源程序、测试用例、测试结果及心得体会等) 】 #include 实验报告学院（系）名称：计算机与通信工程学院 【实验过程记录（源程序、测试用例、测试结果及心得体会等）】 #include 内存分段和请求式分页 在深入i386架构的技术细节之前，让我们先返回1978年，那一年Intel 发布了PC处理器之母：8086。我想将讨论限制到这个有重大意义的里程碑上。如果你打算知道更多，阅读Robert L.的80486程序员参考（Hummel 1992）将是一个很棒的开始。现在看来这有些过时了，因为它没有涵盖Pentium处理器家族的新特性；不过，该参考手册中仍保留了大量i386架构的基本信息。尽管8086能够访问1MB RAM的地址空间，但应用程序还是无法“看到”整个的物理地址空间，这是因为CPU寄存器的地址仅有16位。这就意味着应用程序可访问的连续线性地址空间仅有64KB，但是通过16位段寄存器的帮助，这个64KB大小的内存窗口就可以在整个物理空间中上下移动，64KB逻辑空间中的线性地址作为偏移量和基地址（由16位的段寄存器给处）相加，从而构成有效的20位地址。这种古老的内存模型仍然被最新的Pentium CPU支持，它被称为：实地址模式，通常叫做：实模式。 80286 CPU引入了另一种模式，称为：受保护的虚拟地址模式，或者简单的称之为：保护模式。该模式提供的内存模型中使用的物理地址不再是简单的将线性地址和段基址相加。为了保持与8086和80186的向后兼容，80286仍然使用段寄存器，但是在切换到保护模式后，它们将不再包含物理段的地址。替代的是，它们提供了一个选择器（selector），该选择器由一个描述符表的索引构成。描述符表中的每一项都定义了一个24位的物理基址，允许访问16MB RAM，在当时这是一个很不可思议的数量。不过，80286仍然是16位CPU，因此线性地址空间仍然被限制在64KB。 1985年的80386 CPU突破了这一限制。该芯片最终砍断了16位寻址的锁链，将线性地址空间推到了4GB，并在引入32位线性地址的同时保留了基本的选择器/描述符架构。幸运的是，80286的描述符结构中还有一些剩余的位可以拿来使用。从16位迁移到32位地址后，CPU的数据寄存器的大小也相应的增加了两倍，并同时增加了一个新的强大的寻址模型。真正的32位的数据和地址为程序员带了实际的便利。事实上，在微软的Windows平台真正完全支持32位模型是在好几年之后。Windows NT的第一个版本在1993年7月26日发布，实现了真正意义上的Win32 API。但是Windows 3.x程序员仍然要处理由独立的代码和数据段构成的64KB内存片，Windows NT提供了平坦的4GB地址空间，在那儿可以使用简单的32位指针来寻址所有的代码和数据，而不需要分段。在内部，当然，分段仍然在起作用，就像我在前面提及的那样。不过管理段的所有责任都被移给了操作系统。 操作系统实验报告课程名称：计算机操作系统 实验项目名称：磁盘调度实验时间： 班级：姓名：学号： 实验目的： 对操作系统的磁盘调度基础理论和重要算法的理解，加强动手能力。 实验环境： PC机 win7 Visual C++ 实验内容： 编程序实现下述磁盘调度算法,并求出每种算法的平均寻道长度，要求设计主界面以灵 活选择某算法，且以下算法都要实现： 1、先来先服务算法（FCFS） 2、最短寻道时间优先算法（SSTF） 3、扫描算法（SCAN） 4、循环扫描算法（CSCAN） 实验过程： 1.依次输入8个磁道数：123 45 31 67 20 19 38，并以0 结束 2.选择调度算法： (1)先来先服务算法（FCFS） (2)最短寻道时间优先算法（SSTF） 成绩： 指导教师（签名）： (3)扫描算法（SCAN） (4)循环扫描算法（CSCAN） 实验心得： 通过本次实验，学习了解磁盘调度的工作原理及四种调度方法的工作原理，并且在当中 发现了自己的不足，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。 附录： #include 同组同学学号： 同组同学姓名： 实验日期：交报告日期： 实验(No. 4 )题目：编程与调试：内存管理 实验目的及要求： 实验目的： 操作系统的发展使得系统完成了大部分的内存管理工作，对于程序员而言，这些内存管理的过程是完全透明不可见的。因此，程序员开发时从不关心系统如何为自己分配内存，而且永远认为系统可以分配给程序所需的内存。在程序开发时，程序员真正需要做的就是：申请内存、使用内存、释放内存。其它一概无需过问。本章的3个实验程序帮助同学们更好地理解从程序员的角度应如何使用内存。 实验要求： 练习一：用vim编辑创建下列文件，用GCC编译工具，生成可调试的可执行文件，记录并分析执行结果，分析遇到的问题和解决方法。 练习二：用vim编辑创建下列文件，用GCC编译工具，生成可调试的可执行文件，记录并分析执行结果。 练习三：用vim编辑创建下列文件，用GCC编译工具，生成可调试的可执行文件，记录并分析执行结果。 改编实验中的程序，并运行出结果。 实验设备：多媒体电脑 实验内容以及步骤： 在虚拟机中编写好以下程序： #include 操作系统 实验报告 哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 第六讲磁盘调度算法 一、实验概述 1. 实验名称 磁盘调度算法 2. 实验目的 （1）通过学习EOS 实现磁盘调度算法的机制，掌握磁盘调度算法执行的条件和时机； （2）观察 EOS 实现的FCFS、SSTF和 SCAN磁盘调度算法，了解常用的磁盘调度算法； （3）编写 CSCAN和 N-Step-SCAN磁盘调度算法，加深对各种扫描算法的理解。 3. 实验类型 验证性+设计性实验 4. 实验内容 （1）验证先来先服务（FCFS）磁盘调度算法； （2）验证最短寻道时间优先（SSTF）磁盘调度算法； （3）验证SSTF算法造成的线程“饥饿”现象； （4）验证扫描（SCAN）磁盘调度算法； （5）改写SCAN算法。 二、实验环境 在OS Lab实验环境的基础上，利用EOS操作系统，由汇编语言及C语言编写代码，对需要的项目进行生成、调试、查看和修改，并通过EOS应用程序使内核从源代码变为可以在虚拟机上使用。 三、实验过程 1. 设计思路和流程图 （1）改写SCAN算法 在已有 SCAN 算法源代码的基础上进行改写，要求不再使用双重循环，而是只遍历一次请求队列中的请求，就可以选中下一个要处理的请求。算法流程图如下图所示。 图 3.1.1 SCAN算法IopDiskSchedule函数流程图（2）编写循环扫描（CSCAN）磁盘调度算法 在已经完成的SCAN算法源代码的基础上进行改写，不再使用全局变量ScanInside 确定磁头移动的方向，而是规定磁头只能从外向内移动。当磁头移动到最内的被访问磁道时，磁头立即移动到最外的被访问磁道，即将最大磁道号紧接着最小磁道号构成循环，进行扫描。算法流程图如下图所示。 操作系统实验报告 磁 盘 调 度 实验六：磁盘调度算法 一．实验目的 复习模拟实现一种磁盘调度算法，进一步加深对磁盘调度效率的理解。 二．实验属性 该实验为设计性实验。 三．实验仪器设备及器材 普通PC386以上微机 四．实验要求 本实验要求2学时完成。 本实验要求完成如下任务： （1）建立相关的数据结构，作业控制块、已分配分区及未分配分区 （2）实现一个分区分配算法，如最先适应分配算法、最优或最坏适应分配算法（3）实现一个分区回收算法 （4）给定一批作业/进程，选择一个分配或回收算法，实现分区存储的模拟管理 实验前应复习实验中所涉及的理论知识和算法，针对实验要求完成基本代码编写并完成预习报告、实验中认真调试所编代码并进行必要的测试、记录并分析实验结果。实验后认真书写符合规范格式的实验报告（参见附录A），并要求用正规的实验报告纸和封面装订整齐，按时上交。 五 .主要算法分析 各个算法分析 1.先来先服务算法（FCFS） 先来先服务（FCFS）调度:按先来后到次序服务，未作优化。 最简单的移臂调度算法是“先来先服务”调度算法，这个算法实际上不考虑访问者要求访问的物理位置，而只是考虑访问者提出访问请求的先后次序。例如，如果现在读写磁头正在50号柱面上执行输出操作，而等待访问者依次要访问的柱面为130、199、32、159、15、148、61、99，那么，当50号柱面上的操作结束后，移动臂将按请求的先后次序先移到130号柱面，最后到达99号柱面。 采用先来先服务算法决定等待访问者执行输入输出操作的次序时，移动臂来回地移动。先来先服务算法花费的寻找时间较长，所以执行输入输出操作的总时间也很长。 2.最短寻道时间优先算法（SSTF） 最短寻找时间优先调度算法总是从等待访问者中挑选寻找时间最短的那个请求先执行的，而不管访问者到来的先后次序。现在仍利用同一个例子来讨论，现在当50号柱面的操作结束后，应该先处理61号柱面的请求，然后到达32号柱面执行操作，随后处理15号柱面请求，后继操作的次序应该是99、130、148、159、199。 采用最短寻找时间优先算法决定等待访问者执行操作的次序时，读写磁头总共移动了200多个柱面的距离，与先来先服务、算法比较，大幅度地减少了寻找时间，因而缩短了为各访问者请求服务的平均时间，也就提高了系统效率。 但最短查找时间优先（SSTF）调度，FCFS会引起读写头在盘面上的大范围移动，SSTF查找距离磁头最短（也就是查找时间最短）的请求作为下一次服务的对象。SSTF查找模式有 磁盘调度算法 学生姓名: 学生学号: 专业班级: 指导老师： 2013年6月20日 1、实验目的： 通过这次实验，加深对磁盘调度算法的理解，进一步掌握先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、SCAN和循环SCAN算法的实现方法。 2、问题描述： 设计程序模拟先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、SCAN 和循环SCAN算法的工作过程。假设有n个磁道号所组成的磁道访问序列，给定开始磁道号m和磁头移动的方向（正向或者反向），分别利用不同的磁盘调度算法访问磁道序列，给出每一次访问的磁头移动距离，计算每种算法的平均寻道长度。 3、需求分析 通过这次实验，加深对磁盘调度算法的理解，进一步掌握先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、SCAN和循环SCAN算法的实现方法。 通过已知开始磁道数、访问磁道总数、磁道号访问序列、访问方向及访问方式得到访问序列及移动距离和平均移动距离！ (1)输入的形式； int TrackOrder[MaxNumber];//被访问的磁道号序列 int direction;//寻道方向 int Num;//访问的磁道号数目 int start;// (2)输出的形式； int MoveDistance[MaxNumber]={0};//移动距离 double AverageDistance=0;//平均寻道长度 移动的序列！ (3)程序所能达到的功能； 模拟先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、SCAN和循环SCAN算法的工作过程。假设有n个磁道号所组成的磁道访问序列，给定开始磁道号m和磁头移动的方向（正向或者反向），分别利用不同的磁盘调度算法访问磁道序列，给出每一次访问的磁头移动距离，计算每种算法的平均寻道长度。 (4)测试数据，包括正确的输入及其输出结果和含有错误的输入及其输出结果。 开始磁道号：100 磁道号方向：内（0）和外（1） 磁道号数目：9 页面序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184 4、概要设计 说明本程序中用到的所有抽象数据类型的定义、主程序的流程以及各程序模块之间的层次(调用)关系。 实验报告 实验课程名称：操作系统 实验地点：南主楼七楼机房 2018—2019学年（一）学期 2018年 9月至 2019 年 1 月 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导老师：刘一男 实验一 实验项目：分时系统模拟 实验学时：2实验日期： 2018-10-25 成绩： 实验目的利用程序设计语言模拟分时系统中多个进程按时间片轮转调度算法进行进程调度的过程； 假设有五个进程A，B，C，D，E，它们的到达时间及要求服务的时间分别为：进程名 A B C D E 到达时间0 1 2 3 4 服务时间 4 3 4 2 4 时间片大小为1，利用程序模拟A，B，C，D，E五个进程按时间片轮转的调度及执行过程并计算各进程的周转时间及带权周转时间。 执行过程并计算各进程的周转时间及带权周转时间。 轮转调度：BDACE （1）修改时间片大小为2，利用程序模拟A，B，C，D，E五个进程按时间片轮转的调度及执行过程并计算各进程的周转时间及带权周转时间。 轮转调度：ADBCE （2）修改时间片大小为4，利用程序模拟A，B，C，D，E五个进程按时间片轮转的调度及执行过程并计算各进程的周转时间及带权周转时间. 顺序：ABCDE 1、思考 时间片的大小对调度算法产生什么影响？对计算机的性能产生什么影响？答：通过对时间片轮转调度算法中进程最后一次执行时间片分配的优化,提出了一种改进的时间片轮转调度算法,该算法具有更好的实时性,同时减少了任务调度次数和进程切换次数,降低了系统开销,提升了CPU的运行效率,使操作系统的性能得到了一定的提高。 A B C D E 时间片为1 周转时间12 9 14 8 13 3 3 3.5 4 3.25 带权周转 时间 时间片为2 周转时间8 12 13 7 13 2 4 3.25 3.5 3.25 带权周转 时间 时间片为4 周转时间 4 6 9 10 13 1 2 2.25 5 3.25 带权周转 时间 一页式管理 1 页式管理的基本原理将各进程的虚拟空间划分成若干个长度相等的页(page)，页式管理把内存空间按页的大小划分成片或者页面（page frame），然后把页式虚拟地址与内存地址建立一一对应页表，并用相应的硬件地址变换机构，来解决离散地址变换问题。页式管理采用请求调页或预调页技术实现了内外存存储器的统一管理。 它分为 1 静态页式管理。静态分页管理的第一步是为要求内存的作业或进程分配足够的页面。系统通过存储页面表、请求表以及页表来完成内存的分配工作。静态页式管理解决了分区管理时的碎片问题。但是，由于静态页式管理要求进程或作业在执行前全部装入内存，如果可用页面数小于用户要求时，该作业或进程只好等待。而且作业和进程的大小仍受内存可用页面数的限制。 2 动态页式管理。动态页式管理是在静态页式管理的基础上发展起来的。它分为请求页式管理和预调入页式管理。 优点：没有外碎片，每个内碎片不超过页大小。一个程序不必连续存放。便于改变程序占用空间的大小（主要指随着程序运行而动态生成的数据增多，要求地址空间相应增长，通常由系统调用完成而不是操作系统自动完成）。 缺点：程序全部装入内存。 要求有相应的硬件支持。例如地址变换机构，缺页中断的产生和选择淘汰页面等都要求有相应的硬件支持。这增加了机器成本。增加了系统开销，例如缺页中断处理机，请求调页的算法如选择不当，有可能产生抖动现象。虽然消除了碎片，但每个作业或进程的最后一页内总有一部分空间得不到利用果页面较大，则这一部分的损失仍然较大。 二段式管理的基本思想 把程序按内容或过程（函数）关系分成段，每段有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应一个二维线形虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址影射机构把段式虚拟地址转换为实际内存物理地址。 程序通过分段(segmentation)划分为多个模块，如代码段、数据段、共享段。其优点是：可以分别编写和编译。可以针对不同类型的段采取不同的保护。可以按段为单位来进行共享，包括通过动态链接进行代码共享。 三段页式管理的实现原理 1 虚地址的构成 一个进程中所包含的具有独立逻辑功能的程序或数据仍被划分为段，并有各自的段号s。这反映相继承了段式管理的特征。其次，对于段s中的程序或数据，则按照一定的大小将其划分为不同的页。和页式系统一样，最后不足一页的部分仍占一页。这反映了段页式管理中的页式特征。从而，段页式管理时的进程的虚拟地址空间中的虚拟地址由三部分组成：即段号s，页号P和页内相对地址d。虚拟空间的最小单位是页而不是段，从而内存可用区也就被划分成为着干个大小相等的页面，且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放。分段的大小也不再受内存可用区的限制。 2 段表和页表 操作系统课程设计任务书 题目: 磁盘调度算法 院系: 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 设计时间：2018.1.1-2018.1.5 指导教师评语 目录 1、需求分析?4 1．１课题描述 (4) １．2课题目的 (4) 1．3理论依据?7 2、概要设计?8 2.1设计方法 ............................................................................................... ８２.2技术?8 ２.3运行环境?8 3、详细设计?9 3.１流程图 (11) 3.２程序主要代码? 13 14 ４、运行结果及分析? ４.1运行结果? 15 ４.2结果详细分析?6 １ 16 5、总结和心得? ７ 1 6、参考文献? 2 7、附录：程序源代码? ３ １、需求分析 1.1课题描述 这次课程设计我研究的题目是:磁盘调度算法。具体包括三种算法分别是:先来先服务算法（ＦCFS)、最短寻道时间优先算法(ＳＳＴF)、扫描算法（电梯调度算法)(SCAN）。 1.2课题目的 通过这次实验，加深对磁盘调度算法的理解，进一步掌握先来先服务ＦＣＦS,最短寻道时间优先SSＴF,扫描ＳCＡN算法的实现方法。 １.3理论依据 设备的动态分配算法与进程调度相似，也是基于一定的分配策略的。常用的分配策略有先请求先分配、优先级高者先分配等策略。在多道程序系统中,低效率通常是由于磁盘类旋转设备使用不当造成的。操作系统中，对磁盘的访问要求来自多方面，常常需要排队。这时，对众多的访问要求按一定的次序响应，会直接影响磁盘的工作效率，进而影响系统的性能。访问磁盘的时间因子由3部分构成，它们是查找（查找磁道)时间、等待（旋转等待扇区)时间和数据传输时间,其中查找时间是决定因素。因此，磁盘调度算法先考虑优化查找策略,需要时再优化旋转等待策略。 平均寻道长度（L)为所有磁道所需移动距离之和除以总的所需访问的磁道数(N），即：L=(M1+Ｍ２+……+Mi＋……+MN)/N操作系统内存管理复习过程
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