操作系统课程设计要点.doc

操作系统课程设计要点

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2020年5月29日
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操作系统课程设计(设备管理)
目 录

一 引言
1.1课程设计题目
实现一个模拟操作系统。
1.2课程设计的目的
经过模拟操作系统原理的实现,加深对操作系统工作原理理解,进一步了解操作系统的实现方法,并可练习合作完成系统的团队精神和提高程序设计能力。
1.3小组人数
建议3~4人一组共同完成模拟系统的实现。
1.4编程语言
建议使用VC、VB、C#、Java等Windows环境下的程序设计语言,以借助这些语言环境来模拟硬件的一些并行工作。
1.5课程设计内容
模拟采用多道程序设计方法的单用户操作系统,该操作系统包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户接口四部分。
1.6界面设计如图

图1.1

二 课程设计任务及要求
2.1设计任务
设计一个设备管理分配程序,按先来先服务的算法,对设备进行分配。
2.2设计要求
设备管理主要包括设备的分配和回收。
(1)模拟系统中有A、B、C三种独占型设备,A设备3个,B设备2个,C设备1个。
(2)因为模拟系统比较小,因此只要设备表设计合理即可。
(3)采用先来先服务分配策略,采用设备的安全分配方式。
(4)屏幕显示
每个设备是否被使用,哪个进程在使用该设备,哪些进程在等待使用该设备。
三 算法及数据结构
3.1算法的总体思想(流程)
设备管理的功能是按照设备的类型和系统采用的分配策略,为请求I/O进程分配一条传输信息的完整通路。合理的控制I/O的控制过程,可最大限度的实现CPU与设备、设备与设备之间的并行工作。
1.监视所有设备。为了能对设备实施有效的分配和控制,系统能获取设备的状态。设备状态保存在设备控制表(DeviceTable)中,并动态的记录状态的变化及有关信息。
2.制定分配策略。按先来先服务的算法,进行设备分配。
3.设备的分配。把设备分配给进程。
4.设备回收。当进程运行完毕后,要释放设备,则系统必须回收,一边其它进程使用。

图3.1
3.2 Equipment模块
3.2.1 功能
记录设备的状态及相关信息
检查设备是否被调用
对设备进行分配
进程结束对设备进行回收
3.2.2 数据结构
一个DeviceTable类、一个DeviceTable函数。
DeviceTable是设备分配表,说明设备的分配状况,是否被占用。
Device类说明了设备是如何使用的。每个设备是否被使用,哪个进程在使用该设备,哪些进程在等待使用该设备。

3.3 cpu模块
3.3.1 功能
进程对设备的调用,当进程使用设备时,检查设备是否空闲。如果空闲,则调用该设备;如果设备正被使用,则将该进程阻塞到该设备的阻塞队列中,等到设备空闲时,再被唤醒,调用设备。

3.3.2 数据结构
一个设备的枚举类型DeviceType,一个cpu函数。

Cpu函数中调用Equipment模块中的函数对设备进行检测。如果设备空闲,就调用该设备;如果设备真在被使用,则该进程被阻塞到该设备的阻塞队列中。
3.3.3 算法
经过调用Equipment模块中的函数对设背进行检测:如果设备空闲,则使用该设备;如果设备正在工作,则进程被阻塞。
3.4 form1模块
3.4.1 功能
界面管理

图3-2

启动进程,如果要使用设备,按先来先服务的算法调用设备。此模块中有一个设备调用函数public int Allocate(DeviceType type),根据设备的物理名调用设备,并将信息显示显示到界面中。
3.4.2 算法
先来先服务(FCFS, First Come First Service)分配算法:
每一设备有一队列管理,当多个作业或任务对同一设备提出I/O请求时,该算法把请求的先后次序排成一个等待该设备的队列,设备分配程序把设备分配给队列中的第一各作业。
四 程序设计与实现
4.1 程序流程图

Y
N
N
N
Y
执行的进程根据设备的物理名调用设备
设备a是否空闲
设备b是否空闲
设备c是否空闲
进程结束,回收设备
Y
将该进程放到设备a的阻塞队列中
将该进程放到设备b的阻塞队列中
将该进程放到设备c的阻塞队列中

图4-1
4.2 基本思想
进程调用设备。先调用A类设备, A类设备一共有三个,如果有空闲的设备,则进程就可调用;否则将进程阻塞到设备A的阻塞队列中,等待设备,等到A类设备有空闲设备时,就唤醒该进程,在断点处继续进行程序。再调用B类设备, B类设备一共有两个,如果有空闲的设备,则进程就可调用;否则将进程阻塞到设备B的阻塞队列中,等待设备,等到B类设备有空闲设备时,就唤醒该进程,在断点处继续进行程序。最后调用C类设备, C类设备只有一个,C设备是临界资源,如果C设备空闲,则进程就可调用;否则将进程阻塞到设备C的阻塞队列中,等待设备,等到C设备空闲,就唤醒该进程,在断点处继续进行程序。
4.3 定义的公共变量或数据结构
Anum,Bnum,Cnum分别表示设备A,B,C空闲数目
public enum DeviceType 枚举型的数据类型 列举出三种设备
public struct DeviceTable 定义一个设备表的结构体
public class Device 设备类
public bool JudgeDevice(DeviceType type) 检查类型为type的设备是否可用
public int Allocate(DeviceType type) 分配设备,返回第几个设备被占用
public void DeAllocate(DeviceType type, int a) 回收设备

4.4 实验部分代码
namespace WindowsApplication2
{ public partial class Form1 : Form
{ public static int Anum = 3, Bnum = 2, Cnum = 1;
public enum DeviceType
{ A,
B,
C,
}
public struct DeviceTable
{ public DeviceType deviceType;
public int total;
public int[] useState; //0——空闲,1——占用
public DeviceTable(DeviceType type, int total) //定义一个构造函数
{ this.total = total;
deviceType = type;
useState = new int[total];
for (int i = 0; i < total; i++) //初始化每个设备
{ useState[i] = 0;
}
}
}
public class Device
{ private DeviceTable[] table = new DeviceTable[3]; //三种设备
private static Device device = new Device();
public Device()
{ InitDevice();//初始化设备

}
private void InitDevice() //设备初始化,A设备3个,B设备2个,C设备1个
{ table[0] = new DeviceTable(DeviceType.A, 3);
table[1] = new DeviceTable(DeviceType.B, 2);
table[2] = new DeviceTable(DeviceType.C, 1);
}
//
/////////////////检查类型为type的设备是否可用//////////////////////
//
public bool JudgeDevice(DeviceType type)
{ bool str = false;
switch (type)
{ case DeviceType.A:
{ if (table[0].total > 0)
{ str = true;
}
break;
}
case DeviceType.B:
{ if (table[1].total > 0)
{ str = true;
}
break;
}
case DeviceType.C:
{ if (table[2].total > 0)
{ str = true;
}
break;
}
}
return str;
}
//
////////////分配设备,返回第几个设备被占用////////////////////////
//
public int Allocate(DeviceType type)
{ int k = 0;
switch (type) //使用switch语句选择分配设备不同函数
{ case DeviceType.A:
{ table[0].total--;
for (int i = 0; i < 3; i++)
{ if (table[0].useState[i] == 0)
{ table[0].useState[i] = 1;
k = i;
break;
}
}
break;
}
case DeviceType.B:
{ table[1].total--;
for (int i = 0; i < 2; i++)
{
if (table[0].useState[i] == 0)
{ table[0].useState[i] = 1;
k = i;
break;
}
}
break;
}
case DeviceType.C:
{ table[2].total--;
break;
}
}
return k;
}
//
//////////////////////////回收设备////////////////////////////
//
public void DeAllocate(DeviceType type, int a)
{ switch (type)
{ case DeviceType.A:
{ table[0].total++;
table[0].useState[a] = 0;
break;
}
case DeviceType.B:
{ table[1].total++;
table[1].useState[a] = 0;
break;
}
case DeviceType.C:
{ table[2].total++;
table[2].useState[a] = 0;
break;
}
}
}

}

public Form1()
{ InitializeComponent();
}
//
///////////////////// 分配设备时的颜色变化////////////////////
//
private void button7_Click(object sender, EventArgs e)
{ Anum--;
string result1 = "";
Device d1 = new Device();
int m1 = d1.Allocate(DeviceType.A);
result1 = Convert.ToString(m1);
switch (Anum)
{ case 2:
this.button1.BackColor = Color.Red;
break;
case 1:
this.button2.BackColor = Color.Red;
break;
case 0:
this.button3.BackColor = Color.Red;
break;
default:
MessageBox.Show("无设备可分配");
break;
}
}

private void button8_Click(object sender, EventArgs e)
{ Bnum--;
string result2 = "";
Device d2 = new Device();
int m2 = d2.Allocate(DeviceType.B);
switch (Bnum)
{ case 1:
this.button4.BackColor = Color.Red;
break;
case 0:
this.button5.BackColor = Color.Red;
break;
default:
MessageBox.Show("无设备可分配");
break;
}

result2 = Convert.ToString(m2);
}

private void button9_Click(object sender, EventArgs e)
{ Cnum--;
string result3 = "";
Device d1 = new Device();
int m3 = d1.Allocate(DeviceType.C);
if (Cnum == 0)
{ this.button6.BackColor = Color.Red;
}
else
{ MessageBox.Show("无设备可分配");
}
result3 = Convert.ToString(m3);

}
｝
}

4.5 运行截图
屏幕显示
主存使用情况示意图,哪些主存块已分配,哪些主存块未分配,以不同的颜色表示,灰色表示设备空闲,红色表示设备已分配
初始化为所有设备都是空闲状态,如下图所示

图4-2
分配设备A正常情况下,如图所示:

图4-3
分配设备A非正常情况下,例如需要设备数超过实际有的设备数时,如图所示:

图4-4
3个设备A都被分配出去,回收设备A时正常情况如下图所示:

图4-5
4.6 使用说明
设备管理主要包括设备的分配和回收。
1. 设备的模拟
模拟系统中有A、B、C三种独占型设备,A设备3个,B设备2个,C设备1个。
2. 数据结构
因为模拟系统比较小,因此只要设备表设计合理既可。
3. 设备分配
采用先来先服务策略。
4. 设备回收
回收设备后,要注意唤醒等待设备的进程。
5. 屏幕显示
屏幕显示要求包括:每个设备是否被使用,哪个进程在使用该设备,哪些进程在等待使用该设备。其中灰色表示设备空闲,红色表示设备已被分配。
五 总结
设备管理主要监视所有设备的状态,制定分配策略,完成设备的分配和回收,合理的控制I/O的控制过程,最大限度的实现CPU与设备、设备与设备之间的把并行工作。
经过对这次操作系统课程设计的亲自参与和操作,使我深刻体会到了:只要你想做只要你想学没有弄不懂得事情,工程里面也不能不在乎细节,等等。感觉很受益匪浅。懂得了操作系统包括的四部分内容:文件管理和用户接口、存储管理、设备管理、进程管理之间的内在联系。加深了我对这门课程的理解。锻炼了自己在考虑全局也不是细节的能力。经过这次实验,再一次熟悉并深入掌握了程序设计语言和界面设计。同时,我也深深体会到了团队的重要性,如果没有同组人的互相鼓励和督促我跟本不能很快的完成任务。一滴水的力量是有限的,但汇聚成溪流将是美丽的。虽然我们每个人的力量都是有限的,可是激烈的讨论、相互的鼓励使我们在实践中成长。感谢和我一起面正确同伴们,因为有你们我才变得勤奋。更感谢给予我们谆谆教导的老师,在我们犹豫困惑时给予我们指导,谢谢您!

六 参考文献
刘振鹏、王煜、张明 <操作系统>(第三版)北京:中国铁道出版社