操作系统优秀课程设计小型的操作系统.doc

操作系统课程设计汇报

题目：一个小型操作系统
班级：计122（杏）
学号：
姓名：贾苏
日期：/06/23

1. 试验平台
（1）软件平台：
开发系统平台：Windows 7 （64）
Microsoft visual c++ 6.0
测试系统平台：Windows 7 （64）
（2） 硬件平台：
cpu：AMD A6-3420 APU
内存：4GB
硬盘：500G
2.所需实现功效及对应叙述：
（1）进程调度管理
为了贴切现实中os，采取RR（轮转调度算法），且不提供用户显式选择调度算法，即对用户是透明。
现实中处理器主频为1Ghz~3Ghz，选择中间点为1.5Ghz，得时间片大小为0.7ns ，为方便计算*10，则时间片大小定为7ns。
假设进程之间调度和切换不花费cpu时间。
（2）死锁检测和处理
检测当然采取是 银行家算法
处理：让用户选择kill一个进程，释放她所占有全部资源。
（3）虚拟分页调度管理
虚拟分页：给出是逻辑值 访问磁盘 将那个数据块放入到内存中
内存中地址采取一定算法相对应于磁盘地址。
特要求 访存采取是 按字节寻址
内存大小 128KB
外存大小 1MB
即整个系统能够提供1MB逻辑地址空间供进程进行访问（在地址总线足够扫描内存情况下）。
虚拟地址映射采取：直接映射法
要求8kB为一个页面，故内存有16个页面，外存有128个页面。
假如产生了内存已满，便会产生缺页中止，淘汰采取FIFO算法，利用一个队列来做。
部分内外存对应表
0
0，128，2*128+0.......
1
1，129，2*128+1.......
2
2，130，2*128+2.......

16
127，128+16,2*128+16.........

（4）I/O中止处理
设中止来自两个方面：
1.DMA输送开始和结束时中止
设定一个宏 定义为DMA一次传输数据量大小->DmaNum
假定为10kb每次
DMA开始：花费1ns cpu时间进行中止处理
DMA结束：花费2ns cpu时间进行中止处理
由操作系统课程知，DMA传输数据时不需要CPU干预。
2. 随机中止
发生外部随机中止，cpu无条件立即响应，并实施中止处理程序，一样假设中止处理程序调度和切换不花费cpu时间。
（5）内存地址越界或内存不足
进程访问内存时超出了进程所要最大值，此时发生中止，已达成内存保护功效。
内存不足时即为目前动态地址重定位寄存器中值+进程所需内存大小超出了内存上限，此时进行内存紧凑，同时修改被移动进程中各个相关参数。
3.总体设计
开始

内存管理
查看运行情况
开始运行
外存空间查看
查看cpu运行
内存空间查看
死锁检测和解除
进程信息查看

4.程序所需数据结构及其抽象过程
先定义此次操作系统外设资源，假设有A类资源10个，B类资源5个，C类资源6个->NeedRescourse;
作业中各个进程全部需要一个代号->ProcessName，各个进程到来时间不一样，故需要统计一下->ArriveTime，每个进程所需要cpu时间是不够->NeedCpuTime，每个进程所需内存空间大小是不一样->NeedMem。
各个进程中任务是不一样故需要预先设定本进程中所要实施操作类型->OpKind，假如是计算型直接给出所需要cpu时间即可，假如是I/O型还需要给出所传输数据量大小->NeedTranDataNum，在此能够给OpKind做一个union型结构。
多道程序程序在运行过程中需要对进程所需内存地址进行动态地址重定位，故在系统之中需要设置一个动态地址重定位寄存器，其中内容是下次进程能够使用内存始址->DynReg。
抽象结果：
struct Process{
char ProcessName[10];//进程名字
int ArriveTime; // ns等级
int NeedCpuTime; //此进程所需要时间
int NeedMem; //所需要cpu时间
FlagForOp OpKind; //用于指示是何种操作
int NeedTranDataNum; //给IO用数据块
int OpCpus; //计算类型操作所需cpu时间
int NeedRescourse[3] ;//需要资源数目 NULL代表不需要使用
Process *next;
};
5.具体设计
1.进程信息查看
依次遍历全部链表，并将它们信息依次打印出来。
实现函数名：void ShowProcessInfo()
2.死锁检测和解除
假定本系统中各个所需资源均是独占型资源，在进程运行过程中不再释放，故只需要遍历链表将各个进程中所需资源统计出来，只要小于系统中预设即可，一旦进程所需资源大于系统中最大量，给用户选择kill一进程，已达成释放资源目标。
死锁检测函数：void DeedLock()
void DeedLock_LookNeedRescourse()
死锁解除函数：void DeedLock_KillProcess()
3. 内存空间查看
查看各个进程所占用内存空间，借助于DynReg这个全局变量实施内存空间动态重定位。
实现函数：void LookMem()
4. 查看CPU运行
以CPU角度，查看作业运行情况，
实现函数：void LookCpu()
void LookCpu_ShowRunningProcess()
5. 外存空间查看
外存空间是用户工作区间，故只要遍历整个进程链表，统计出全部进程占有全部空间即可。
实现函数：void LookDiskMem()
6. 查看运行
查看系统运行中各个资源使用情况：
实现函数： void ShowRunningProcess()
void ShowRunningProcess_CalculateCpuNeed(int*,int)
7. 内存管理
缺页调度算法：FIFO（借助于循环队列实现）
实现函数：void MemToDiskMem()
6.程序运行和调试
1.打开程序初始界面：

按系统提醒输入进程数，及其相关各个参数
2.输入完成后主界面：

用户能够按下相关选择键实施相关各个操作。
3. 按下1 查看各个进程信息

能够看到刚刚输入各个进程相关信息
4.按下2

5. 按下3 查看运行时CPU使用情况

可见此时系统是安全。

系统出差提醒

按下1显示目前各个进程所需资源

然后kill进程1后在查看一下作业中进程，发觉被kill进程没有，实现了此功效。
6. 按下4 查看内存使用情况

7. 按下5 查看外存空间

8. 按下6 查看运行情况

9. 按下7 产看内存使用情况
（1） 没有产生缺页

（2） 产生缺页

10.按下9 退出此系统

7.碰到问题
（1） 自己编写映射表相当困难，一度想改用Java语言，在于对C++语言了解不够。
（2） 犯错处理没有完全做完，做不够精细，很多地方直接结束
（3） 对用户输入数据做类型检验不够充足
（4） delete job时总是出现系统错误，后debug发觉，因为对象之中存在不为空指针，造成犯错，故再释放指针所占空间后系统正常运行。
8. 源代码
#include<iostream>
#include<cstring>
#include<windows.h>
#include<cstdlib>
#include"CirQueue.h" //循环队列头文件
using namespace std;

#define MAXMEM 128 //定义此次操作系统最大内存容量
#define MAXDISKMEM 1024 //定义此次操作系统最大外存容量
#define YE 10 //定义此次操作系统分页大小 并 以此实现 虚拟存放
int UsedMAXMEM=0;
int UsedMAXDISKMEM=0;

//定义进程可能用到外部资源
#define A 10
#define B 5
#define C 6

//cpu
#define RR 7 //定义时间片大小为7ns

#define BEFOREDMA 1 //DMA之前所需cpu时间
#define AFTERDMA 2 //DMA以后所需cpu时间
#define ONEDMANUM 10//DMA一次最多传送10kb数据
enum FlagForOp{
IO,Calculate,others
};
int DynReg=0;//定义用于描述动态地址重定位寄存器全局变量
struct Process{
char ProcessName[10];//进程名字
int ArriveTime;// ns等级
int NeedCpuTime;//此进程所需要时间
int NeedMem;//所需要cpu时间
FlagForOp OpKind;//用于指示是何种操作
int NeedTranDataNum;//给IO用数据块
int OpCpus;//计算类型操作所需cpu时间
//假设others不需要其它各个操作。
int NeedRescourse[3];//需要资源数目 NULL代表不需要使用 0——a....
Process *next;
};

class JOB{
Process *p;
Process *head;
Process *head1;//建立一个备用链表
// Process *wait,*runing; //wait 为等候链表 running是正在运行进程
public:
JOB(){
head1=p=head=NULL;//初始化为空
cout<<"Please waiting .The System is initial."<<endl;
Sleep();//暂停一秒 maybe Sleep（）
cout<<"System is already. Now you should enter information of you job."<<endl;
int n;
cout<<"enter your job's process num."<<endl;
cin>>n;
while(n){
p=new Process();
cout<<"please enter the name of process."<<endl;
cin>>p->ProcessName;
cout<<"please enter the arrivetime of process."<<endl;
cin>>p->ArriveTime;
cout<<"please enter the NeedCpuTime of process."<<endl;
cin>>p->NeedCpuTime;
cout<<"please enter the NeedMem of process."<<endl;
cin>>p->NeedMem;
while(p->NeedMem>128){
cout<<"This System can't not accept your job! Maybe your job is too large! Please enter a num <128"<<endl;
cin>>p->NeedMem;
}
cout<<"please enter the operation of process.0 to TranDiskNum ,1 to cpu"<<endl;
int nn;
cin>>nn;
if(nn==0){
cout<<"please enter the NeedTranDataNum."<<endl;
cin>>p->NeedTranDataNum;
p->OpKind=IO;
}else{
cout<<"please enter the OpCpus."<<endl;
cin>>p->OpCpus;
p->OpKind=Calculate;
}
cout<<"PLease enter the A,B or C you need"<<endl;
for(int i=0;i<3;i++){
cin>>p->NeedRescourse[i];
}
p->next=NULL;//尾结点为空 表示 一个节点完成 下面进行插入链表工作
head=SortLinkTable(head,p);
n--;
}//while
LinkCopy();//将此次整理好链表依次赋值赋给备用链表
Provide_Same_Process_Name();//检验重名现象
}
void Provide_Same_Process_Name();
void VisitLinkTable();
Process* SortLinkTable(Process*,Process*);
void BeginRunning();
void ShowProcessInfo();
void DeedLock();
void DeedLock_KillProcess();
void DeedLock_LookNeedRescourse();
void LookCpu();
void LookCpu_ShowRunningProcess();
void LookMem();
void ShowRunningProcess();
void ShowRunningProcess_CalculateCpuNeed(int*,int);
void LookDiskMem();
void LookMem_ChangeMem();
bool CheckMem();
void LookDiskMem_Change();
void LinkCopy();
void MemToDiskMem();

~JOB(){
delete head;
delete head1;
delete p;
}
};
JOB *job;//设置全局变量

void JOB::Provide_Same_Process_Name(){
system("cls");
char buffer[10];
Process *temp=head1;
Process *temp1=head1;
while(temp){
temp1=temp->next;
while(temp1){
if(strcmp(temp->ProcessName,temp1->ProcessName)==0){
cout<<"Mini_OperationSystem had detect the same name process in your job!"<<endl;
cout<<"This System can't accept this sitution.Please Rename your Process! \nThanks for your corporation!"<<endl;
cout<<"This is ALL your process name:"<<endl;
VisitLinkTable();
cout<<"Enter 1 to rename the former,0 to rename the later!"<<endl;
int n=0;
cin>>n;
cout<<"Now Enter new Name："<<endl;
if(n==0){
cin>>buffer;
strcpy(temp1->ProcessName,buffer);
}else{
cin>>buffer;
strcpy(temp->ProcessName,buffer);
}
}//end if
temp1=temp1->next;
}//end while temp1
temp=temp->next;
}//while
}

void AgainEnterJOB(){
system("cls");
delete job;
job=new JOB();
}

void JOB::VisitLinkTable(){//不加JOB前缀时候编译不过 加上代表此函数是JOBclass之中
while(head1){
cout<<head1->ProcessName<<endl;
head1=head1->next;
}
cout<<"\nNow , You can see The List to checkout."<<endl;
}

void JOB::LinkCopy(){
Process *temp=NULL,*temp2=head;
if(head1==NULL){
cout<<"LinkCopy() is Here!"<<endl;
}
if(head1)//不为空时 将其下一个置为空
head1->next=NULL;
head1=NULL;
while(temp2){
//apply a new node
temp=new Process();
strcpy(temp->ProcessName,temp2->ProcessName);
temp->ArriveTime=temp2->ArriveTime;
temp->NeedCpuTime=temp2->NeedCpuTime;
temp->NeedMem=temp2->NeedMem;
if(temp2->OpKind==IO){
temp->OpKind=IO;
temp->NeedTranDataNum=temp2->NeedTranDataNum;
}else{
temp->OpKind=Calculate;
temp->OpCpus=temp2->OpCpus;
}
for(int i=0;i<3;i++){
temp->NeedRescourse[i]=temp2->NeedRescourse[i];
}

//apply end
temp->next=NULL;
//cout<<"copy is right!"<<endl;
if(head1==NULL){
head1=temp;
}else{
Process *k=head1;
while(k->next){//寻求到最终一个节点 不停循环退不出去
k=k->next;
}
k->next=temp;
}
// cout<<"copy is right!"<<endl;
temp2=temp2->next;
}//while
if(head1==NULL)
cout<<"LinkCopy() is out!"<<endl;
system("pause");
}

void JOB::MemToDiskMem(){
system("cls");
CirQueue<int> q(16); //一共定义16个页面 q.EnQueue(e);
int *Mem;
int count=0; //统计下进程数目
Process *temp_head1=head1;
while(temp_head1){
count++;
temp_head1=temp_head1->next;
}
temp_head1=head1;
Mem=new int[count];
int temp_count=0;
while(temp_head1){
int Begin=0;
cout<<"Process: "<<temp_head1->ProcessName<<" memery use situation:"<<endl;
Begin+=temp_head1->NeedMem;
int k=0; //所需页面数目
if(Begin%YE==0){
k=Begin/YE;
}else{
k=Begin/YE+1;
}
Mem[temp_count++]=k;
cout<<k<<"页被占用！"<<endl;
temp_head1=temp_head1->next;
}//end while
cout<<endl;
temp_head1=head1;
cout<<"Want to see 缺页调度过程 Y/N. "<<endl;
char option;
int total=0,AllTotal=0;
cin>>option;
if(option=='y'||option=='Y'){
for(int i=0;i<count;i++){
AllTotal+=Mem[i];
for(int j=0;j<Mem[i];j++){
if(q.EnQueue(true)){
temp_count=0;
while(temp_count<i){
temp_head1=temp_head1->next;
temp_count++;
}
cout<<"Process :"<<temp_head1->ProcessName<<" need mem is loading.ok"<<endl;
temp_head1=head1;
}else{
temp_count=0;
while(temp_count<i){
temp_head1=temp_head1->next;
temp_count++;
}
cout<<"Process :"<<temp_head1->ProcessName<<" need mem is loading error 缺页调度"<<endl;
temp_head1=head1;
total++;
bool flag=q.DeQueue();
if(q.EnQueue(true)){
cout<<"Process :"<<temp_head1->ProcessName<<" need mem is loading ok 缺页调度"<<endl;
}
}
}//for2
cout<<endl;
}//for1
}
cout<<"一共产生了："<<total<<" 次缺页中止. \n"<<"缺页中止率为："<<(float)total/AllTotal<<"%"<<endl;
system("pause");
}

void JOB::LookCpu_ShowRunningProcess(){
system("cls");
int NowTime=0;
Process *run=head1;//临时试用一下 最终需要归还为NULL
Process *wait=head1;// dsvrfgvregrefswgvregegsdgre
int count=0;
while(run){//计算等候运行进程个数
count++;
run=run->next;
}
run=head1;//还原运行链表

//建立一个映射表
char **Run_Process_Name=new char*[count];//申请一个动态二维表
for(int i=0;i<count;i++){//响应二维空间申请完成
Run_Process_Name[i]=new char[10];
strcpy(Run_Process_Name[i],run->ProcessName);
run=run->next;
}
run=NULL;
int *Run_Process_CpuNeed=new int[count];
//映射表建立完成

//计算各个进程中所需cpu时间
ShowRunningProcess_CalculateCpuNeed(Run_Process_CpuNeed,count);

Process *priorNode=NULL;
//Process *tail=head;
while(true){
//int time11=wait->ArriveTime;
if(wait&&NowTime>=wait->ArriveTime){
if(run==NULL){
run=wait;
priorNode=run;
}else{//连接到尾部
Process *temp=run;
while(temp->next!=priorNode){//寻求到前驱节点
temp=temp->next;
}
temp->next=wait;//将结点连接上链表
priorNode=wait;
//wait->next=run;
}
wait=wait->next;//释放一个结点
priorNode->next=run;//连接上头部形成 循环链表
}
if(run){
run=run->next; //重新调度
cout<<NowTime<<"->"<<NowTime+RR<<" Process :"<<run->ProcessName<<" is Running"<<endl;
cout<<"cpu 调度下一个运行进程。"<<endl;
NowTime+=RR;
//依据上面建设映射 按名取出所需运行时间
int ALLNeedCpu;
for(int i=0;i<count;i++){
if(strcmp(Run_Process_Name[i],run->ProcessName)==0)
break;
}
ALLNeedCpu=Run_Process_CpuNeed[i];
ALLNeedCpu-=RR;//减去此次运行时间
if(ALLNeedCpu>0){
Run_Process_CpuNeed[i]=ALLNeedCpu;//重新写回到数组中 保持一致性
}else{ //此节点已经做完了 请直接释放
if(run->next==run){
run=NULL;
}else{
Process *k=run;
while(k->next!=run){//寻求目前运行节点前一个结点
k=k->next;
}
k->next=k->next->next;
run=k;
}
}
}// end if(run)
if(wait==NULL&&run==NULL)//没有等候CPU进程了 和 没有正在运行进程 满足退出要求 ->退出
break;
NowTime++;
}//while
system("pause");
LinkCopy();// //将受损链表修复
}

void JOB::ShowRunningProcess(){
system("cls");
int NowTime=0;
Process *run=head1;//临时试用一下 最终需要归还为NULL
Process *wait=head1;// dsvrfgvregrefswgvregegsdgre
int count=0;
while(run){//计算等候运行进程个数
count++;
run=run->next;
}
run=head1;//还原运行链表
//建立一个映射表
char **Run_Process_Name=new char*[count];//申请一个动态二维表
for(int i=0;i<count;i++){//响应二维空间申请完成
Run_Process_Name[i]=new char[10];
strcpy(Run_Process_Name[i],run->ProcessName);
run=run->next;
}
run=NULL;
int *Run_Process_CpuNeed=new int[count];
//映射表建立完成
ShowRunningProcess_CalculateCpuNeed(Run_Process_CpuNeed,count);
Process *priorNode=NULL;
while(true){
//int time11=wait->ArriveTime;
if(wait&&NowTime>=wait->ArriveTime){
if(run==NULL){
run=wait;
priorNode=run;
}else{//连接到尾部
Process *temp=run;
while(temp->next!=priorNode){//寻求到前驱节点
temp=temp->next;
}
temp->next=wait;//将结点连接上链表
priorNode=wait;
//wait->next=run;
}
wait=wait->next;//释放一个结点
priorNode->next=run;//连接上头部形成 循环链表
}
if(run){
run=run->next; //重新调度
cout<<NowTime<<"->"<<NowTime+RR<<" Process :"<<run->ProcessName<<" is Running"<<endl;
cout<<"NeedRescourse: A"<<run->NeedRescourse[0]<<" B"<<run->NeedRescourse[1]<<" c"<<run->NeedRescourse[2]<<" is using."<<endl;
cout<<"cpu 调度下一个运行进程。"<<endl;
NowTime+=RR;
//依据上面建设映射 按名取出所需运行时间
int ALLNeedCpu;
for(int i=0;i<count;i++){
if(strcmp(Run_Process_Name[i],run->ProcessName)==0)
break;
}
ALLNeedCpu=Run_Process_CpuNeed[i];
ALLNeedCpu-=RR;//减去此次运行时间
if(ALLNeedCpu>0){
Run_Process_CpuNeed[i]=ALLNeedCpu;//重新写回到数组中 保持一致性
}else{ //此节点已经做完了 请直接释放
if(run->next==run){
run=NULL;
}else{
Process *k=run;
while(k->next!=run){//寻求目前运行节点前一个结点
k=k->next;
}
k->next=k->next->next;
run=k;
}
}
}// end if(run)
if(wait==NULL&&run==NULL)//没有等候CPU进程了 和 没有正在运行进程 满足退出要求 ->退出
break;
NowTim