操作系统课程设计教学大纲

教师学科教案[ 20 – 20 学年度第__学期]任教学科：_____________任教年级：_____________任教老师：_____________xx市实验学校操作系统课程设计课程教学大纲名称：操作系统课程设计课程编码：英文名称：operating system实习周数： 2 其中实验学时：学分： 2安排学期： 5适用专业：软件工程、网络工程一、课程设计目的及任务操作系统是计算机专业的核心专业课，“操作系统课程设计”是理解和巩固操作系统基本理论、原理和方法的重要的实践环节。

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，掌握操作系统基本理论与管理方式。

在算法基础上，解决实际的管理功能的问题，提高学生实际应用、编程的能力。

主要任务是实现操作系统和相关系统软件的设计，其中涉及进程创建，同步，进程间的通信，存储管理，文件系统等操作系统概念。

二、课程设计的基本要求1）对需要上机完成的题目进行认真分析，列出实验具体步骤，写出符合题目要求的程序清单，准备出调试程序使用的数据。

2）以完整的作业包的形式提交原始代码、设计文档和可运行程序。

课程设计报告字数不少于2000字，主要内容有：(1）概述：设计主要完成的任务和解决的主要问题；(2）设计的基本概念和原理；(3) 总体设计：实现的方法和主要技术路线；(4) 详细设计：使用主要控件、函数；(5) 简要的使用说明；（6）总结：特色、经验、教训和感受；三、课程设计地点及要求每个学生一台微机，需要安装windows98或windows2000操作系统，配备VC、VB、java 或C编程语言，每个学生上机时间不少于24个小时。

四、课程设计的选题原则在下面各设计任务中按学号指定一个题目进行设计。

五、课程设计的内容设计一：实现一个简单的shell（命令行解释器），类似于bash, csh等。

本设计的主要目的在于学会如何在Unix系统下创建进程和管理进程。

要求实现的shell支持以下内部命令：1. cd <目录>更改当前的工作目录到另一个<目录>。

如果<目录>未指定，输出当前工作目录。

如果<目录>不存在，要求有适当的错误信息提示。

改命令应能够改变PWD的环境变量。

2. environ列出所有环境变量字符串的设置（类似于Unix系统下的env命令）。

3. echo <内容>显示echo后的内容且换行。

4. help简短概要地输出你的shell的使用方法和基本功能。

5. jobs输出shell当前的一系列子进程，要求提供子进程的命名和PID号。

6. quit, exit, bye退出shell。

所有的内部命令应当优于在$PATH中同名的程序。

任何非内部命令必须请求shell创建一个新进程，且该子进程执行指定的程序。

这个新进程必须继承shell的环境变量和指定的命令行参数。

要求实现的shell支持以下内部命令：1. Batch Processing 如果shell启动带有一个文件名作为参数，打开该文件并执行文件里所有命令。

待所有进程全部结束退出shell。

2. Debugging 提供-v选项，shell启动时打开此选项将在运行过程中输出若干调试信息。

在该模式下，shell应该显示所有被创建了的进程的PID号，通报已结束的子进程和传递给子进程的参数等。

3. Prompt (命令行提示符) 解释器打印$PS2作为提示符。

4. Background Processing 如果命令以符合&终止，在后台并发执行该程序。

Shell立即等待下一命令的输入，而不等待该程序的结束。

注：所有命令和参数由空格或tab符分隔。

设计二：掌握进程的管道通讯机制和信号量同步互斥机制。

1．进程的管道通讯编制一个程序，程序中创建一个子进程。

然后父子进程各自独立运行，父进程不断地在标准输入设备上读入小写字母，写入管道。

子进程不断地从管道中读取字符，转换为大写字母后输出到标准输出设备上。

当读到x时，结束。

2．信号量实现的同步互斥机制编制一个程序，程序中创建5个子进程，代表五位哲学家，然后父进程结束。

使用信号量机制解决哲学家进餐问题。

当哲学家进餐时，屏幕输出：[进程号] eating!当哲学家思考时，屏幕输出：[进程号] thinging!相关的系统调用和函数：pipe(); write(); read(); semget(); sepop(); semctl();要求：查找并阅读上述系统调用的相关资料，将上述相关的函数封装为P( )、V( )操作，使用你封装的P( )、V( )操作实现5位哲学家的同步和互斥。

设计三：设计任务：一个十字路口，共有四组红绿灯，每个路口的车辆都遵循“红灯停、绿灯行”的原则，假设将每一台汽车都作为一个进程，请设计良好的机制，展示出合理的“十字路口交通管理”情况。

1. 车辆数目：每个路口的车辆数目不超过5辆，程序能够提供参数来设定初始的车辆数目。

2. 交通灯设定：初始情况一个路口为红灯、一个路口为绿灯；红灯变为绿灯的间隔为3秒，必须保持十字路口交通灯的设定正确。

3. 车辆通行设定：路口宽度不限，对一个路口而言，只有当一辆车通过路口（越过对面路口的交通灯后）后，其后续车辆才能继续通过交通灯，车辆通过路口的时间可以固定、可以自行计算，但是不能为3秒。

（即必须体现交通灯对通行的管制）。

提示1. 进程的互斥：交通灯进程实际上是互斥的，即不能同时为红或者同时为绿。

2. 进程的消息通信或其他通信方式：对车辆进程而言，每一个车辆在通过路口前，必须确认前面的车辆已经通过了路口。

3. 进程的调度：停留在一个路口的车辆，决定其前进或等候的因素是交通灯和前面车辆的状态，需要设计一个良好的进程调度机制来控制所有车辆的通行。

设计任务：请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。

本设计通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的页面置换算法。

通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。

指令的地址按下述原则生成：① 50% 的指令是顺序执行的；② 25% 的指令是均匀分布在前地址部分；③ 25% 的指令是均匀分布在后地址部分。

具体的实施方法是：①在 [0,319] 的指令地址之间随机选取一起点 m；②顺序执行一条指令；③在前地址[0,m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为 m′；④顺序执行一条指令，其地址为 m′+1；⑤在后地址 [m′+2,319] 中随机选取一条指令并执行；⑥重复上述步骤② ~ ⑤，直到执行 320 次指令。

将指令序列变换成为页地址流设：①页面大小为 1K；②用户内存容量为 4 页到 32 页；③用户虚存容量为 32K 。

在用户虚存中，按每 K 存放 10 条指令排列虚存地址，即 320 条指令在虚存中的存放方式为：第 0 条 ~ 第 9 条指令为第 0 页 ( 对应虚存地址为 [0,9])；第 10 条 ~ 第 19 条指令为第 1 页 ( 对应虚存地址为 [10,19] ) ；┇┇第 310 条 ~ 第 319 条指令为第 31 页 ( 对应虚存地址为 [310,319]) 。

按以上方式，用户指令可组成 32 页。

计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。

先进先出的算法 (FIFO)；最近最少使用算法 (LRR)；最少访问页面算法 (LFR)；最近最不经常使用算法 (NUR)。

提示1. 命中率 = 1 - 页面失效次数∕页地址流长度在本实验中，页地址流长度为 320，页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数。

2. 随机数产生办法关于随机数产生办法，Windwos系统提供函数srand( ) 和 rand( )，进行初始化和产生随机数。

例如：#include <time.h>srand( (unsigned)time( NULL ) );语句可初始化一个随机数 ;a[o]=10 * rand( ) / 32767 * 319 + 1;a[1]= 10 * rand( ) / 32767 * a[o];┇语句可用来产生 a[0] 与 a[1] 中的随机数。

设计五：设计任务：模拟Linux文件系统。

在任一OS下，建立一个大文件，把它假象成一张盘，在其中实现一个简单的模拟Linux文件系统。

1. 在现有机器硬盘上开辟20M的硬盘空间，作为设定的硬盘空间。

2. 编写一管理程序对此空间进行管理，以模拟Linux文件系统，具体要求如下：（1）要求盘块大小1k 正规文件(2) i 结点文件类型目录文件 (共1byte)块设备管道文件物理地址（索引表）共有13个表项，每表项2byte文件长度 4byte 。

联结计数 1byte（3）0号块超级块栈长度50空闲盘块的管理：成组链接 ( UNIX)位示图法 (Linux)（4）每建一个目录，分配4个物理块文件名 14byte（5）目录项信息i 结点号 2byte(6)结构： 0#：超级块1#－20#号为 i 结点区20#－30#号为根目录区3. 该管理程序的功能要求如下：(1) 能够显示整个系统信息，源文件可以进行读写保护。

目录名和文件名支持全路径名和相对路径名，路径名各分量间用“/”隔开。

(2) 改变目录：改变当前工作目录，目录不存在时给出出错信息。

(3) 显示目录：显示指定目录下或当前目录下的信息，包括文件名、物理地址、保护码、文件长度、子目录等（带/s参数的dir命令，显示所有子目录）。

(4) 创建目录：在指定路径或当前路径下创建指定目录。

重名时给出错信息。

(5) 删除目录：删除指定目录下所有文件和子目录。

要删目录不空时，要给出提示是否要删除。

(6) 建立文件（需给出文件名，文件长度）。

(7) 打开文件（显示文件所占的盘块）。

(8) 删除文件：删除指定文件，不存在时给出出错信息。

4. 程序的总体流程为：(1) 初始化文件目录；(2) 输出提示符，等待接受命令，分析键入的命令；(3) 对合法的命令，执行相应的处理程序，否则输出错误信息，继续等待新命令，直到键入EXIT退出为止。

六、课程设计的具体日程安排七、考核及成绩评定教师根据设计报告、软件的运行演示和学生回答问题的情况评定成绩。

（1）设计报告规范、完整，概念原理论述清楚、软件设计结构合理,独立完成设计，软件运行正常，回答问题准确明了，可以评为优秀（A）。

（2）设计报告规范、完整，概念原理论述清楚、软件设计结构合理，独立完成、软件基本运行正常，回答问题正确，可以评为良(B)。