2009 操作系统课程设计

宁波工程学院《计算机操作系统》课程教学大纲大纲修订时间：2009年12月课程编号：一、课程的性质、任务及适用专业（一）课程性质计算机科学与技术专业的核心必修课程（二）教学任务操作系统对计算机系统资源实施管理，是所有其他软件与计算机硬件的唯一接口，所有用户在使用计算机时都必须得到操作系统提供的服务。

因此本课程的学习目的是培养学生理解和掌握计算机操作系统的基本原理和设计技能。

通过本课程的学习，要求学生掌握操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术，具有初步分析实际操作系统的能力，为其今后在相关领域开展工作打下坚实的基础（三）适用专业计算机科学与技术专业（本科）二、课程教学内容、基本要求及学时分配（一）基本内容 (含章节的重点、难点等)第一章操作系统概述⏹操作系统定义及发展简史⏹操作系统的分类⏹操作系统的五大功能⏹操作系统的特征和结构本章重点是掌握操作系统的定义、操作系统的三大基本类型和五大功能。

第二章进程管理⏹进程的并发与并行；⏹进程的基本状态与转換；⏹进程控制；⏹进程调度；⏹处理机调度⏹进程的同步与互斥；⏹进程通信；⏹进程死锁；⏹线程（补充）。

本章重点是掌握进程的基本概念、进程调度算法、信号量机制和死锁的基本概念，难点是信号量机制解决进程的同步与互斥。

第三章存储器管理⏹存储管理基本概念；⏹内存的分区存储管理；⏹内存的分页存储管理；⏹内存的分段存储管理；⏹内存的段页式存储管理⏹虚拟存储管理方案。

本章重点是掌握分页和分段管理方案；虚拟存储器的概念；请求分页中的地址转换和页面置换算法，难点是分页和分段管理的地址转换、请求分页中的页面置换算法第四章设备管理⏹I/O系统的组成；⏹I/O控制方式；⏹缓冲技术；⏹设备分配；⏹设备处理；⏹存储设备。

本章重点是掌握设备独立性和SPOOLing技术。

第五章文件管理⏹文件系统基本概念；⏹文件结构与分类；⏹目录管理；⏹文件共享和保护；⏹外存空间管理。

本章重点是掌握文件结构、目录管理和外存空间管理。

计算机09级《操作系统课程设计》任务书一、课程设计的性质和目的操作系统课程设计是计算机专业的专业课程，通过课程设计使学生进一步巩固课堂所学知识，全面熟悉、掌握操作系统的基本设计方法和技巧，进一步提高分析问题、解决问题及上机操作能力，为将来从事计算机工作打下一定的专业基础。

二、设计课题课题一：模拟实现单级目录的FAT文件系统基本思路：用二进制文件空间模拟磁盘空间，用文件块操作模拟磁盘块操作。

基本设计要求：1、实现如下文件系统功能（过程或函数）：a、打开文件系统FILE *OPENSYS(char *filename);b、关闭文件系统int CLOSESYS(FILE *stream);c、显示目录void LISTDIR(void);d、建立文件int FCREATE(char *filename);e、删除文件int FDELETE(char *filename);f、打开文件int FOPEN(char *filename);g、关闭文件int FCLOSE(int fileid);h、文件块读int FREAD(void *ptr, int n, int fileid);i、文件块写int FWRITE(void *ptr, int n, int fileid);j、判断文件结束int FEOF(int fileid);k、获取文件指针long FGETPOS(int fileid);l、设置文件指针int FSETPOS(int fileid, long offset);m、取得文件长度long FGETLEN(char *filename);2、提供文件系统创建程序3、有功能检测模块4、为简化程序设计，假定目录区域大小固定。

文件系统空间划分：可以使用的C语言文件操纵函数：FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);int fclose(FILE *stream);int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);long ftell(FILE *stream);size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream);size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream);课题二：模拟实现单级目录、单级索引的索引文件系统使用链接域将同一文件的各索引块按顺序连接起来；其余各项同课题一。

一、操作系统研究综述
综述Linux操作系统的总体设计和功能。

每个同学任选一种Linux来论述（字数：3000字左右）
1．Linux发展简史（不超过300字）
2．目前比较流行的Linux种类简介（不超过300字）
3．根据自己选择的Linux，论述该OS设计的总体框架（结构）及相关说明4．根据自己选择的Linux，列举该种Linux的主要优点，并根据以下功能模块分别说明：
a)内存管理
b)CPU调度
c)进程管理
d)I/O管理
e)文件管理
二、设计并用信号量机制实现一个生产者-消费者进程之间进程同步的程序。

分别有2个生产者和4个消费者进程。

实现语言：C/C++/Java
数据项：将当前的时间（精确到秒，如20111219191734）表示2011年12月19日19点17分34秒
1．生产者随机生产数据放入buffer中
2．Buffer size为10个数据项
3．消费者随机消费buffer中的数据
输出：打印如下信息，生产者生产某数据；消费者在消费数据之前打印出buffer内所有数据项的信息；消费者消费某数据。

注意：如果消费者1消费时发现buffer中没有数据，则打印“消费者1等待生产者生产数据”并挂起一段时间；若生产者生产数据后发现buffer中没有空位，则打印“生产者无空位，等待消费者消费”，并挂起一段时间。

操作系统-课程设计一、教学目标本章节的教学目标分为三个部分：知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标：通过本章节的学习，学生需要掌握操作系统的概念、原理和基本功能，包括进程管理、内存管理、文件系统和设备管理等方面的知识。

技能目标：学生能够运用所学知识分析和解决操作系统相关的问题，具备基本的操作系统使用和维护能力。

情感态度价值观目标：培养学生对操作系统的兴趣和好奇心，提高学生对计算机科学的热爱和责任感。

二、教学内容本章节的教学内容主要包括以下几个部分：1.操作系统的概念和作用：介绍操作系统的定义、功能和作用，以及操作系统的发展历程。

2.进程管理：讲解进程的定义、特点和基本管理方法，包括进程调度、进程同步和进程通信等内容。

3.内存管理：介绍内存的概念、分类和分配策略，以及内存管理的具体方法，如分页、分段和虚拟内存等。

4.文件系统：讲解文件和文件夹的概念、方式和存储结构，以及文件系统的管理方法，如目录结构、文件读写和磁盘空间分配等。

5.设备管理：介绍设备的分类、设备驱动程序和设备管理的基本方法，包括输入输出控制、中断处理和DMA传输等。

三、教学方法为了提高教学效果，本章节将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：通过讲解操作系统的概念、原理和基本功能，使学生掌握操作系统的相关知识。

2.案例分析法：通过分析具体的操作系统案例，使学生更好地理解和掌握操作系统的原理和方法。

3.实验法：安排实验室实践环节，让学生亲自动手进行操作系统的实验操作，提高学生的实际操作能力。

4.讨论法：学生进行小组讨论，分享学习心得和经验，促进学生之间的交流与合作。

四、教学资源为了支持本章节的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的操作系统教材，为学生提供系统、全面的学习资料。

2.参考书：推荐学生阅读一些优秀的操作系统参考书籍，丰富学生的知识体系。

3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，为学生提供直观、生动的学习界面。

操作系统实验指导书青岛理工大学计算机工程学院二零一一年九月一、课程编号：071235二、适用专业：计算机科学与技术专业、网络工程专业、软件工程专业三、实验个数与学时：4个实验，8学时四、《操作系统实验》的目的《操作系统》是一门重要的专业基础课，是涉及较多硬件知识的计算机系统软件课程。

在计算机软硬件课程的设置上，它起着承上启下的作用。

操作系统对计算机系统资源实施管理，是所有其他软件与计算机硬件的唯一接口，所有用户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。

操作系统实验的主要任务是让学生掌握常用操作系统的安装方法，了解操作系统进程管理的基本内容，通过实验演示了解操作系统是如何进行进程管理的，为后期操作系统的课程设计奠定基础。

五、实验平台在虚拟机Vmware或者Virtual Box上的Ubuntu 11.10实验1 安装Linux操作系统一、实验目的在虚拟机Vmware或者Virtual Box上安装Unbuntu 11.10操作系统，后续实验都将在此环境上进行。

通过实验，要求：1、掌握在虚拟机上安装操作系统的方法；2、学会安装Linux系统；3、学会启动Linux系统；4、学会在宿主机Windows XP操作系统下，与虚拟机上安排的Ubuntu共享文件的方法。

二、实验内容1、把ubuntu安装至虚拟机上。

●加载安装ubuntu操作系统的ISO IMG文件●启动ubuntu虚拟机●按提示分阶段装入系统2、在Windows下通过网络磁盘来访问ubuntu共享文件夹●在虚拟系统Ubuntu下新建一个文件夹，右击该文件夹，选择属性，共享，启用“共享此目录”，并允许他人在此共享里写数据。

注：共享时需要Samba的支持，系统会提示安装。

●安装完成Samba后，需要重启ubuntu才能生效。

此时回到XP时可在网上邻居里看到一个*** - desktop server(Samba,Ubuntu)的共享目录。

●返回Windows XP系统，右击“网上邻居”，选择“映射网络驱动器”，●在“浏览”里找到刚才在Ubuntu下共享的文件夹，选择后完成映射，●这时打开“我的电脑”会发现多了一个“网络驱动器”，如同我们的硬盘一样。

操作系统课程设计（完整规范版）一、设计目的操作系统课程设计旨在让学生深入了解操作系统的基本原理，掌握操作系统的设计与实现方法，培养学生在实际操作系统中分析和解决问题的能力。

通过本次课程设计，学生将能够：1. 加深对操作系统理论知识的理解与应用；2. 提高动手实践能力，培养创新精神和团队协作意识；3. 为今后从事操作系统相关领域的研究和工作奠定基础。

二、设计要求（1）进程管理：包括进程的创建、撤销、调度等；（2）内存管理：实现内存分配、回收、页面置换等；（3）文件系统：实现文件的创建、删除、读写等操作；（4）设备管理：实现设备的分配、回收、驱动等功能。

（1）代码规范：编写清晰、易读、易维护的代码；（3）团队协作：合理分工，确保团队成员共同参与、共同进步。

三、设计步骤1. 需求分析：分析课程设计所需实现的功能，明确各个模块的具体要求；2. 概要设计：根据需求分析，制定总体设计方案，划分模块，确定模块间接口；3. 详细设计：针对每个模块，进行具体实现方案的设计；4. 编码实现：按照设计文档，编写代码，实现各个功能模块；5. 测试与调试：对实现的功能进行测试，发现问题并进行调试；6. 优化与改进：根据测试结果，对代码进行优化，提高系统性能；四、预期成果1. 完成一套具有基本功能的模拟操作系统，能够演示进程管理、内存管理、文件系统和设备管理的主要操作；2. 提供完整的，包括注释，以便他人理解和学习；3. 形成一份详尽的课程设计报告，记录设计过程中的思考、遇到的问题及解决方案；4. 通过课程设计，提升个人在操作系统领域的理论知识和实践能力。

五、评价标准1. 功能完整性：各功能模块是否按照要求实现，系统是否能正常运行；3. 创新性：设计过程中是否有独特的想法，是否对现有技术有所改进；4. 团队协作：团队成员之间沟通是否顺畅，分工是否合理，协作是否高效；5. 文档质量：课程设计报告是否详细、准确，是否能够完整反映设计过程和成果。

《计算机操作系统》课程设计指导书湖南工业大学计算机与通信学院二OO九年九月《计算机操作系统》课程设计说明计算机操作系统是计算机科学与技术专业的主要专业基础课程，其实践性、应用性很强。

实践教学环节是必不可少的一个重要环节。

计算机操作系统课程设计目的是加深对理论教学内容的理解和掌握，使学生较系统地掌握操作系统的基本原理，加深对操作系统基本方法的理解，加深对课堂知识的理解，为学生综合运用所学知识，在Linux环境下编写功能较简单的程序来实现操作系统的基本方法、并在实践应用方面打下一定基础。

要求学生在指导教师的帮助下自行完成各个操作环节，并能实现且达到举一反三的目的，完成一个实验解决一类问题。

要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用其分析、设计和解答类似问题；对此能够较好地理解和掌握，并且能够进行简单分析和判断；能够熟练使用Linux 用户界面；掌握操作系统中进程管理概念和控制方法；了解进程的并发，进程之间的通信方式，了解虚拟存储管理的基本思想，了解设备管理的功能，了解文件系统的功能。

同时培养学生进行分析问题、解决问题的能力；培养学生完成实验分析、实验方法、实验操作与测试、实验过程的观察、理解和归纳能力。

为了收到良好的实验效果，编写了这本课程设计指导书。

在指导书中，每一个课程设计任务按照该课程设计大纲的要求编写，力求紧扣理论知识点、突出设计方法、明确设计思路，通过多种形式引导学生有目的、有方向地完成课程设计任务，得出实验结果。

任课教师在课程设计前对课程设计的任务进行一定的分析和讲解，要求学生按照课程设计任务的具体要求提前做准备工作，如：查找资料等，做到有准备地上机。

进行课程设计时，指导教师应检查学生的预习情况，并对设计过程给予积极指导。

课程设计完毕后，学生应根据课程设计情况，实验数据及结果，完成课程设计报告，由学习委员统一收齐后交指导教师审阅评定。

任务1 进程管理演示一、课程设计目的加深对进程概念及进程管理各部分内容的理解；熟悉进程管理中主要数据结构的设计及进程调度算法、进程控制机构、同步机构及通讯机构的实施。

《操作系统课程设计》一、课程设计目的1、进程调度是处理机管理的核心内容。

2、本设计要求用C语言编写和调试一个简单的进程调度程序。

3、通过设计本可以加深理解有关进程控制块、进程队列的概念，并体会和了解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）和先来先服务算法的具体实施办法。

二、课程设计主要内容1、项目名称设计一个有 N个进程共行的进程调度程序2、实验设备及环境：软件要求：WINDOWS NT 系列操作系统，VC、VB、TURBO C等多种程序设计开发工具。

硬件要求：P4 2.0以上CPU、256M、40G硬盘。

3、课程设计类型综合设计型4、课程设计内容与要求1）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。

2）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。

3）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。

4）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。

5）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。

6）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。

7）重复以上过程，直到所要进程都完成为止。

5、课程设计方法及步骤1）充分了解各项设计要求。

深入理解有关进程控制块、进程队列的概念，并体会和了解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）和先来先服务算法的具体实施办法。

2011-2012学年第一学期「操作系统」课程设计任务书依照大纲和课程内容实践特点，本设计结合《操作系统》课程主要内容：进程调度、处理机调度、存储管理、文件管理和设备管理，进行程序设计。

一、设计成果的要求课程设计应严格按照要求完成，在系统调试成功后, 需要提供「操作系统」课程设计报告，具体包括：（1)设计目的（2)设计任务（3）设计准备（理论、技术）（4)设计过程（设计思想、代码实现）（5)设计结果并分析（6）系统的结构、原理框图和模块等的详细说明（7)用户使用说明书和参考资料（8）设计体会。

二、设计任务（可选做一题）题目一：进程与线程—Linux进程与线程通讯1.设计目的深刻理解线程和进程的概念，掌握线程与进程在组成成分上的差别以及与其相适应的通讯方式和应用目标。

Linux系统的fork()保持了UNIX的经典语义，被创建的进程具有独立于父进程的地址空间，二者之间的通讯通常可采用pipe机制，clone（）是Linux 系统特有的系统调用，可以通过参数确定父子进程之间是否共享存储空间等资源。

在地址空间等资源共享的情况下，clone实质相当于创建了一个轻进程或线程，这是clone的通常用法。

实际在Linux系统中，fork以及用户级线程pthread 都是基于clone实现的。

2.设计内容以Linux系统进程和线程机制为背景，掌握fork()和clone（）系统调用的形式和功能以及与其相适应的高级通讯方式。

由fork派生的子进程之间通过pipe通讯，由clone创建的线程之间通过共享内存通讯，对于后者需要考虑互斥问题。

以生产者-消费者问题为例，通过实验理解fork（）和clone（）两个系统调用的区别。

程序要求能够创建4个进程或线程，其中包括两个生产者和两个消费者，生产者和消费者之间能够传递数据。

题目二：处理机调度—实时调度算法EDF和RMS1.设计目的深入理解处理机调度算法，了解硬实时概念，掌握最早截止期优先调度算法EDF(Earliest Deadline First)和速率单调调度算法RMS（Rate Monotonic Scheduling）的可调度条件，并能在可调度情况下给出具体调度结果。

操作系统课程设计（完整规范版）一、设计目的操作系统课程设计旨在让学生深入了解操作系统的基本原理，掌握操作系统设计与实现的基本方法，培养学生在操作系统领域的实际动手能力和创新思维。

通过本次课程设计，学生应能够：1. 理解操作系统的功能、结构和关键技术；2. 学会分析实际操作系统的性能和特点；3. 设计并实现一个简单的操作系统模块或功能；4. 提高团队协作和沟通能力。

二、设计要求1. 设计内容：根据课程所学，选择一个具有实际意义的操作系统模块进行设计与实现。

模块可包括：进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等。

2. 设计规范：遵循软件工程的基本原则，确保代码的可读性、可维护性和可扩展性。

3. 团队协作：本次课程设计以小组为单位进行，每组35人。

小组成员需明确分工，共同完成设计任务。

（2）：包括所有设计文件、代码及相关文档；（3）演示PPT：汇报课程设计成果，阐述设计思路、实现过程及创新点。

三、设计流程1. 需求分析：分析所选操作系统模块的功能需求，明确设计目标。

2. 系统设计：根据需求分析，设计系统架构，划分模块，确定各模块的功能和接口。

3. 编码实现：按照系统设计，编写代码，实现各模块功能。

4. 测试与调试：对实现的系统模块进行功能测试、性能测试和兼容性测试，确保系统稳定可靠。

5. 优化与改进：根据测试结果，对系统进行优化和改进。

7. 演示与答辩：制作演示PPT，汇报课程设计成果，回答评委提问。

四、评分标准1. 设计报告（30%）：内容完整、结构清晰、表述准确、格式规范。

2. 代码质量（40%）：代码可读性、可维护性、可扩展性、创新性。

3. 演示与答辩（20%）：PPT制作、汇报效果、回答问题。

4. 团队协作（10%）：分工明确、协作高效、沟通交流。

五、预期成果1. 理论与实践相结合：将课堂上所学的操作系统理论知识运用到实际设计中，加深对操作系统的理解。

2. 技能提升：提高编程能力，掌握操作系统核心模块的设计与实现技巧。

题目1 进程的软中断通信1．1 题目的主要研究内容及预期到达的目标〔1〕编制一个程序,使其实现进程的软中断通信。

〔2〕父进程发信号控制子程序的终止。

1．2 题目研究的工作根底或实验条件〔1〕硬件环境:linux〔2〕软件环境：标准C语言1．3 设计思想使用系统调用fork()创立两个子进程,再用系统调用signal()让父进程捕捉键盘上的中断信号(即按DEL键);当捕捉到中断信号后,父进程用系统调用Kill()向两个子进程发出信号,子进程捕捉到信号后分别输出以下信息后终止：Child Proeess 1 is Killed by Parent!Child Process 2 is Killed by Parent!父进程等待两个子进程终止后,输出如下的信息后终止：Parent Process is Killed!1．4 流程图如图〔1〕图(1):进程的软中断通信1．5 主要程序代码#include<stdio.h>#include<signal.h>#include<stdlib.h>#include<sys/wait.h>#include<sys/types.h>int flag//信号标志void stop(),waiting();main(){int p1,p2;if((p1=fork())==0){flag=1;signal(16，stop);signal(2, SIG_IGN);waiting();//当flag=1时，waiting方法不进展任何操作，不停循环，直到按下^c，调用stop()函数，使得flag=0,跳出循环；lockf(1,1,0);printf("\nChild process 1 is killed by parent!\n");lockf(1,0,0);exit(0);//利用exit( )来实现进程的自我终止，通常父进程在创立子进程时，//应在进程的末尾安排一条exit( )，使子进程自我终止。

《操作系统原理》课程设计指导书题目动态优先数高者优先进程调度算法目的1.加深对进程和进程调度概念的理解;2．熟练C/C++/VC开发工具的使用；3.熟悉文件读写操作；4.掌握基本的windows编程技巧。

内容使用C/C++/VC编写和调试一个进程调度算法的模拟程序，调度算法采用动态优先数高者优先的原则。

最终程序要求（1）图形界面；（2）动态显示地显示每个进程在每个CPU时间片的状态；（3）使用文件记录调度过程。

调度算法和原则动态优先数高者优先调度算法把处理机分配给当前优先数最高的就绪进程，让其运行。

进程状态变迁为简便起见，每个进程的状态可以是就绪READY、运行RUNNING或完成FINISHED三种状态之一，其变迁图如下：图：进程的三个状态变迁进程优先数的具体改变（增加1或减少3）原则是进程在就绪队列中每等待1个时间片，其优先数加1；进程每运行1个时间片，其优先数减3，并置其于就绪状态等待重新调度。

进程控制块（PCB）调度原则的详细解释●进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为指定（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；●进的状态可以是就绪READY、运行RUNNING或完成FINISHED三种状态；●每1个时间片结束都重新依据优先数高者优先的算法来调度进程；●进程在就绪队列中每等待1个时间片，其优先数加1；●进程每运行1个时间片，其优先数减3，并置其于就绪状态等待重新调度；●进程每运行1个时间片，其“已使用CPU时间 USEDTIME”加1；●如果运行1个时间片后，进程的“已使用CPU时间 USEDTIME”已达到所需要的运行时间，则撤消该进程；●如果运行1个时间片后，进程的“已使用CPU时间 USEDTIME”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3，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数据，以便事后进行检查和分析；●重复以上过程，直到所要进程都完成为止。

09级操作系统课程设计题目一进程管理1、动态优先权和时间片轮转法的进程调度算法的模拟设计目的：通过动态优先权算法的模拟加深对进程概念和进程调度过程的理解。

设计内容：●用C语言来实现对N个进程采用动态优先权算法的进程调度。

●用C语言来实现对N个进程采用时间片轮转算法的进程调度。

2、用信号量机制解决生产者－消费者问题设计目的：通过对生产者－消费者问题进行设计，深入理解操作系统中的同步与互斥原理设计内容：- 内容：解决教材2.4.1节中所描述的生产者－消费者问题。

- 要求：可考虑用Linux进程间通信机制实现或用Windows的线程机制实现3、用信号量机制分别实现读者－写者问题设计目的：通过对读者－写者问题进行设计，深入理解操作系统中的同步与互斥原理设计内容：- 内容：解决教材2.4.3节中所描述的读者－写者问题。

- 要求：可考虑用Linux进程间通信机制实现或用Windows的线程机制实现4、用信号量机制解决哲学家进餐问题设计目的：通过对哲学家进餐问题进行设计，深入理解操作系统中的同步与互斥原理。

设计内容：- 内容：解决教材2.4.2节中所描述的哲学家进餐问题。

- 要求：可考虑用Linux进程间通信机制实现或用Windows的线程机制实现5、Linux的进程间通信机制的分析与设计设计目的：学习如何利用管道机制、消息缓冲队列、和共享内存机制进行进程间的通信，并加深对上述通信机制的理解。

设计内容：●建立一个父子进程通过管道进行通信的程序●构建客户进程和服务器进程使用消息进行通信的机制●用共享存储区方式实现多个进程的通信6、死锁避免算法设计设计目的：通过对银行家算法的设计，深入理解避免死锁的原理。

设计内容：- 内容：实现教材3.6.3节中所描述的银行家避免死锁算法。

- 要求：可自定义进程数目、资源类型和每种类型资源的数目；可输入每个进程对每种资源的最大需求、已经获得的数量；当某进程发起某种资源请求时，计算系统状态是否安全二内存管理1、内存FIFO页面置换算法的设计设计目的：通过对内存页面置换算法的设计，深入理解虚拟存储管理的原理设计内容：-内容：实现教材4.8节中所描述的FIFO置换算法-要求：假设系统采用固定分配局部置换策略，某进程的总页面数为8（分别以数字0－7来代表）；运行时，输入分配给该进程的页块数（如：3）和一个20位长的页面访问序列（如：12560,36536,56042,70435），输出缺页次数和缺页率。

操作系统课程设计指导书（试用版）内蒙古工业大学信息工程学院计算机系2009．12目录《操作系统课程设计》教学大纲 (3)第一章设计规范与说明 (5)1．1 设计规范 (5)1．2 报告的整理与形成 (6)第二章设计内容 (7)2．1 文件系统的设计与实现 (7)2．2 银行家算法的设计与实现 (9)2．3 主存空间的分配与回收 (11)2．4 处理机管理 (16)内蒙古工业大学课程设计任务书（一） (19)内蒙古工业大学课程设计任务书（二） (20)内蒙古工业大学课程设计任务书（三） (21)内蒙古工业大学课程设计任务书（四） (22)内蒙古工业大学课程设计（论文）说明书书写规范 (23)附录一模拟文件系统实践示例： (26)附录二银行家算法实践示例： (43)附录三可变式分区的分配与回收实践示例： (49)附录四时间片轮转法进行CPU调度的示例： (54)《操作系统课程设计》教学大纲课程英文名称：Operating System of computer 课程类别：技术基础课开出学期：第五学期开出单位（系）：计算机系适用专业：软件工程制定人：赵俊生、马志强一、制定依据根据内蒙古工业大学2006版培养方案、操作系统课程教学大纲等制订本课程设计教学大纲。

二、目的与基本要求1．目的操作系统课程设计是操作系统课程的重要实践性环节。

通过小型文件系统、银行家算法、主存空间的分配与回收和处理机管理的设计与实现，可以加深学生对课堂中所讲授内容的理解，培养学生的系统开发能力，加强学生的项目经验，使学生初步具有研究、设计、编制和调试操作系统模块的能力。

2．基本要求根据操作系统课程设计任务书所确定的设计内容，每位同学选择其中一个设计题目进行一周的设计，针对设计内容查阅相关资料、进行理论分析、确定相应算法并编程实现原型系统；完成原型系统后，按照内蒙古工业大学课程设计说明书书写规范，编写操作系统课程设计说明书；最后进行课程设计答辩。

计算机操作系统课程设计1. 引言计算机操作系统是计算机科学与技术专业中一门重要的课程，它介绍了操作系统的基本概念、原理和设计方法，培养学生对计算机操作系统的理解和应用能力。

本文将介绍《计算机操作系统》课程设计的目标、内容和方法，并提供一些实用的学习资源和建议。

2. 课程设计目标《计算机操作系统》课程设计的主要目标是通过实践，帮助学生加深对操作系统概念和原理的理解，培养学生编写和调试操作系统的能力，提高解决实际问题的能力。

具体目标如下：- 理解操作系统的基本概念和原理； - 掌握操作系统的设计与实现方法； - 学会使用工具和技术进行操作系统的调试和测试；- 培养团队合作和解决问题的能力。

3. 课程设计内容《计算机操作系统》课程设计的内容包括以下几个方面：1. 进程管理：学生需要设计和实现一个简单的进程管理系统，包括进程的创建、调度和终止等功能，并实现进程间的通信和同步。

2. 文件系统：学生需要设计和实现一个简单的文件系统，包括文件的存储和管理、文件的读写等功能，并实现文件的保护和共享。

3. 内存管理：学生需要设计和实现一个简单的内存管理系统，包括内存的分配和释放、页面置换等功能，并实现进程的虚拟内存。

4. 设备管理：学生需要设计和实现一个简单的设备管理系统，包括设备的分配和释放、设备的控制和调度等功能，并实现设备的并发和互斥。

4. 课程设计方法《计算机操作系统》课程设计采用项目驱动的方法，学生将组成小组，每个小组负责完成一个操作系统的设计和实现。

具体方法如下： 1. 项目选择：学生可以自由选择他们感兴趣的项目，也可以从老师提供的项目中选择。

2. 项目计划：学生需要制定项目计划，包括项目的目标、任务和时间安排等。

3. 项目开发：学生按照项目计划开展项目开发工作，包括需求分析、系统设计、编码和测试等环节。

4. 项目评审：学生需要定期进行项目评审，包括项目进展、问题解决和改进措施等。

5. 项目展示：学生需要最后展示他们的项目成果，包括设计文档、源代码和演示等。

课程设计题目内核模块编程和设备驱动程序学生姓名朱小波学号**********专业计算机科学与技术班级20091121指导教师张莉莉完成日期2012年1月5日Linux内核模块编程与设备驱动程序摘要:本文给出了一个linux字符设备驱动程序的例子，其包括了内核模块编程.其主要功能是：在内存虚拟一个字符设备，并由编写的驱动程序加载到系统，完成字符的输入与输出功能.此设备驱动程序可以用作linux实践教学的实例.关键词：字符设备驱动；内核模块编程；虚拟；模拟1 前言驱动程序是应用程序和硬件设备的一个接口，linux设备驱动程序属于内核的一部分，熟练驱动程序和内核模块开发需要硬件知识，了解操作系统的实现，需要了解内核基础知识，了解内核中的并发控制和同步以及复杂的软件结构框架.本文论述了如何在linux下实现一个简单的字符设备驱动程序，主要完成了内核树的建立、内核的编译、字符设备的模拟、字符设备的驱动、字符设备驱动程序的测试等.本文首先阐述了设备驱动程序和内核模块编程的基础知识，然后给出了实现一个设备驱动程序的总体框架，最后根据框架一步步详细完成了一个字符设备驱动程序，包括终端命令和源程序的编写.做好设备驱动程序可以更好的了解硬件和操作系统，本设备驱动程序可以作为操作系统实验课程的实例.2 设备驱动程序和内核模块编程相关基础知识linux内核是一个整体是结构.因此向内核添加任何东西.或者删除某些功能，都十分困难.为了解决这个问题. 引入了内核机制.从而可以可以动态的想内核中添加或者删除模块.模块不被编译在内核中，因而控制了内核的大小.然而模块一旦被插入内核，它就和内核其他部分一样.这样一来就会增加一部分系统开销.同时，假如模块出现问题.，也许会带来系统的崩溃.2.1模块的实现机制:启动时，由函数 void inti_modules 来初始化模块，.因为启动事很多时候没有模块.这个函数往往把内核自身当作一个虚模块.如由系统需要，则调用一系列以sys 开头的函数，对模块进行操作. 如:sys_creat_modules，sys_inti_modules ， sys_deldte_modules等等.这里会用到一些模块的数据就结构，在/usr/scr/linux/include/linux/module.h 中.块的加入有两种方法:一是手动加入:如:insmod modulename.另一种是根据需要，动态的加载模块.如你执行命令:$mount -t msdos /dev/hdd /mnt/d 时.系统便自动加载 FAT模块，以支持MSDOS 的文件系统.2.2 模块编程写一个模块，必须有一定的多进程编程基础.因为编的程序不是以一个独立的程序的来运行的.另外，因为，模块需要在内核模式下运行，会碰到内核空间和用户空间数据交换的问题.一般的数据复制函数无法完成这一个过程.因此系统已入了一些非凡的函数以用来完成内核空间和用户空间数据的交换. 这些函数有:void put _user、memcpy_tofs 等等，需要说明的是.模块编程和内核的版本有很大的关系. 假如版本不通可能造成，内核模块不能编译，或者.在运行这个模块时，出现不可测结果.如:系统崩溃等.对于每一个内核模块来说.必定包含两个函数：int init_module ：这个函数在插入内核时启动，在内核中注册一定的功能函数，或者用它的代码代替内核中某些函数的内容.因此，内核可以安全的卸载.int cleanup_module：当内核模块卸载时调用.将模块从内核中清除.2.3内核模块与应用程序对比应用程序是一个进程，编程从主函数main（）开始，主函数main返回即是进程结束，使用glibc的库.驱动程序是一系列内核函数，函数入口和出口不一样，使用Linux内核的函数，这些函数由内核在适当的时候来调用，这些函数可以用来完成硬件访问等操作.2.4设备的分类设备一般分为字符设备(char device)、块设备(block device)、网络设备(network device).图1：设备的分类i字符设备特点：像字节流一样来存取的设备( 如同文件 )通过/dev下的文件系统结点来访问通常至少需要实现 open, close, read, 和 write 等系统调用只能顺序访问的数据通道，不能前后移动访问指针.特例:比如framebuffer设备就是这样的设备，应用程序可以使用mmap或lseek访问图像的各个区域ii块设备特点：块设备通过位于 /dev 目录的文件系统结点来存取块设备和字符设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式块设备有专门的接口，块设备的接口必须支持挂装（mount）文件系统.应用程序一般通过文件系统来访问块设备上的内容图2：块设备驱动图3：网络设备驱动linux中的大部分驱动程序，是以模块的形式编写的.这些驱动程序源码可以修改到内核中，也可以把他们编译成模块形式，在需要的时候动态加载.一个典型的驱动程序，大体上可以分为这么几个部分:1，注册设备在系统初启，或者模块加载时候，必须将设备登记到相应的设备数组，并返回设备的主驱动号，例如:对快设备来说调用 refister_blkdec将设备添加到数组blkdev中.并且获得该设备号.并利用这些设备号对此数组进行索引.对于字符驱动设备来说，要使用 module_register_chrdev来获得祝设备的驱动号.然后对这个设备的所有调用都用这个设备号来实现.图4：内核模块调用过程2，定义功能函数对于每一个驱动函数来说.都有一些和此设备密切相关的功能函数.那最常用的块设备或者字符设备来说.都存在着诸如 open read write ioctrol这一类的操作.当系统社用这些调用时.将自动的使用驱动函数中特定的模块.来实现具体的操作.而对于特定的设备.上面的系统调用对应的函数是一定的. 如:在块驱动设备中.当系统试图读取这个设备时)，就会运行驱动程序中的block_read 这个函数. 打开新设备时会调用这个设备驱动程序的device_open 这个函数.3，卸载模块在不用这个设备时，可以将它卸载.主要是从/proc 中取消这个设备的文件.可用特定的函数实现.3 设备驱动程序实现框架4 数据结构设计与主要功能函数（1）字符设备描述结构体：struct cdev {struct kobject kobj; /*内嵌的kobject对象*/struct module *owner; /*所属模块*/const struct file_operations *ops; /*文件操作结构体*/struct list_head list; /*双向循环链表*/dev_t dev; /*设备号32位高12位为主设备号，低20位为次设备号*/unsigned int count; /*设备数量*/};(2) 设备描述结构体struct mem_dev{char *data; /*数据*/unsigned long size; /*长度*/};表1 主要功能函数列表主要函数列表功能说明int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp) 文件打开int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp) 文件释放读文件static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_tsize, loff_t *ppos)写文件static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf,size_t size, loff_t *ppos)static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence) 文件定位static int memdev_init(void) 设备驱动模块加载static void memdev_exit(void) 卸载设备5 字符设备驱动程序的实现下载安装LINUX内核，需要下载和本机一样版本的内核源码.本设备驱动程序是在linux-3.0.12内核下进行的.5.1 安装编译内核所需要的软件并编译内核.使用以下命令安装需要的软件:sudo apt-get install build-essential autoconf automake cvs subversion kernel-package libncurses5-dev图5：安装所需软件在/pub/linux/kernel/v3.0/ 下载内核linux-3.0.12.tar.bz2将内核放置/usr/src目录下使用命令tar解压sudo tar jxvf linux-3.0.12.tar.bz2图6：解压内核使用以下命令配置系统cd linux-3.0.12cp /boot/config-`uname -r` ./.config #拷贝目前系统的配置文件make menuconfig终端会弹出一个配置界面最后有两项：load a kernel configuration... (.config)、save a kernel configuration... (.config) 选择load a kernel configuration保存，然后在选择save akernel configuration再保存退出，并退出配置环境.图7：配置系统参数make #这步需要比较长时间make bzImage #执行结束后，可以看到在当前目录下生成了一个新的文件: vmlinux, 其属性为-rwxr-xr-x.make modules #/* 编译模块*/make modules_install #这条命令能在/lib/modules目录下产生一个目录图8：make内核图9：make bzImage图10：make modules图11：make modules_installcd /usr/includerm -rf asm linux scsiln -s /usr/src/linux-3.0.12/include/asm-generic asmln -s /usr/src/linux-3.0.12/include/linux linuxln -s /usr/src/linux-3.0.12/include/scsi scsi5.2 编写字符设备驱动程序并调试编译.cd /rootmkdir firstdrivertouch memdev.c #建立驱动程序文件touch memdev.h #头文件touch Makefile #编写Makefile编译驱动程序模块make -C /lib/modules/3.0.0-12-generic/build M=/root/firstdriver modules图12：make 驱动程序ls查看当前目录的内容root@cloudswave-VirtualBox:~/firstdriver# lsMakefile memdev.h memdev.mod.c memdev.o Module.symversmemdev.c memdev.ko memdev.mod.o modules.order这里的memdev.ko就是生成的驱动程序模块.通过insmod命令把该模块插入到内核root@cloudswave-VirtualBox:~/firstdriver# insmod memdev.ko查看插入的memdev.ko驱动图13：查看插入的memdev.ko驱动可以看到memdev驱动程序被正确的插入到内核当中，主设备号为88，该设备号为如果这里定义的主设备号与系统正在使用的主设备号冲突，比如主设备号定义如下：#define MEMDEV_MAJOR 254，那么在执行insmod命令时，就会出现如下的错误：root@cloudswave-VirtualBox:~/firstdriver# insmod memdev.koinsmod: error inserting 'memdev.ko': -1 Device or resource busy5.3.测试驱动程序1，首先应该在/dev/目录下创建与该驱动程序相对应的文件节点，使用如下命令创建：root@cloudswave-VirtualBox:/dev# mknod memdev0 c 88 0使用ls查看创建好的驱动程序节点文件root@cloudswave-VirtualBox:/dev# ls -al memdev0图14：驱动程序节点文件2，编写如下应用程序memtest.c，来对驱动程序进行测试.编译并执行该程序root@cloudswave-VirtualBox:~/firstdriver# gcc -o memtest memtest.croot@cloudswave-VirtualBox:~/firstdriver# ./memtest图15：程序测试驱动手动测试驱动的方法：root@cloudswave-VirtualBox:~/firstdriver# echo 'haha shi wo' > /dev/memdev0root@cloudswave-VirtualBox:~/firstdriver# cat /dev/memdev06.小结：LINUX使用make编译驱动程序模块的过程.Linux内核是一种单体内核，但是通过动态加载模块的方式，使它的开发非常灵活、方便.那么，它是如何编译内核的呢？我们可以通过分析它的Makefile入手.以下是一个当我们写完一个hello模块，编写类似以上的Makefile.然后用命令make编译.假设我们把hello模块的源代码放在/home/examples/hello/下.当我们在这个目录运行make时，make是怎么执行的呢？首先，由于make后面没有目标，所以make会在Makefile中的第一个不是以.开头的目标作为默认的目标执行.于是default成为make的目标.make会执行make-C/lib/modules/3.0.0-12-generic/build M=/home/examples/hello/modules是一个指向内核源代码/usr/src/linux的符号链接.可见，make执行了两次.第一次执行时是读hello模块的源代码所在目录/home/examples/hello/下的Makefile.第二次执行时是执/usr/src/linux/下的Makefile.7 结束语本文给出了一个字符设备驱动与内核模块编程的完整实例，可以从中掌握内核编译、内核编程基础、设备驱动程序开发基础，优点是比较详细的给出了驱动开发的流程，并且把每一步的操作进行了详细的说明包括要执行的终端命令.最后还分析了驱动编译的过程.这样有利于初学者了解学习设备驱动的开发.有待进一步改进之处在于：此设备驱动程序针对的是字符设备，实现的功能比较简单，以后有时间可根据这次的开发流程，参考api编写块设备和网络设备的驱动程序.参考文献［1］Abraham Silberschatz 操作系统概念（第七版）影印版高等教育出版社，2007 ［2］费翔林Linux操作系统实验教程高等教育出版社，2009［3］(美)博韦等(DanielP. Bovet) 编著深入理解LINUX内核北京：中国电力出版社，2008 ［4］Jonahan Corbet编著Linux设备驱动程序北京：中国电力出版社，2005附录。

操作系统课程设计(完整规范版)一、引言操作系统是计算机系统的核心软件，它管理计算机的硬件资源，为应用程序提供运行环境。

本课程设计旨在通过实践，加深学生对操作系统原理的理解，提高学生的编程能力和系统设计能力。

二、课程目标1. 理解操作系统的基本原理和功能。

2. 掌握进程管理、内存管理、文件系统等核心模块的设计和实现。

3. 熟悉操作系统调度的基本算法。

4. 提高学生的编程能力和系统设计能力。

三、课程内容1. 操作系统概述操作系统的定义、功能和发展历程操作系统的基本组成和结构操作系统的类型和特点2. 进程管理进程的定义、状态和转换进程控制块（PCB）的结构和作用进程同步与互斥进程通信进程调度算法3. 内存管理内存管理的目标连续内存管理技术非连续内存管理技术页面置换算法4. 文件系统文件系统的定义和功能文件的结构和类型文件存储空间管理文件目录管理文件操作5. I/O系统I/O系统的功能和组成 I/O设备管理I/O调度算法缓冲管理6. 系统调用系统调用的定义和类型系统调用的实现机制常用系统调用分析7. 实验与课程设计实验目的和要求实验内容和步骤课程设计题目和要求课程设计报告格式四、课程考核1. 平时成绩（30%）：包括课堂表现、实验报告和作业完成情况。

2. 实验成绩（30%）：包括实验操作和实验报告。

3. 课程设计成绩（40%）：包括设计报告、代码实现和答辩表现。

1. 《操作系统概念》作者：亚伯拉罕·西尔伯斯查茨等2. 《现代操作系统》作者：安德鲁·S·塔嫩鲍姆3. 《操作系统导论》作者：威廉·斯托林斯六、附录1. 课程设计报告模板2. 实验报告模板3. 课程设计答辩评分标准七、课程安排1. 理论学习操作系统概述（2课时）进程管理（4课时）内存管理（4课时）文件系统（4课时）I/O系统（2课时）系统调用（2课时）2. 实验与课程设计进程管理实验（2课时）内存管理实验（2课时）文件系统实验（2课时）I/O系统实验（2课时）课程设计（8课时）课程考核（2课时）八、实验与课程设计指导1. 实验指导进程管理实验：通过模拟进程的创建、撤销、阻塞和唤醒等操作，理解进程管理的原理。