《计算机操作系统》实验指导书实验类别：课内实验实验课程名称：计算机操作系统实验室名称：计算机科学与技术专业实验室实验课程编号： N02140113总学时：8 学分： 4.5适用专业：软件工程先修课程：计算机导论及操作、计算机硬件实验一进程同步控制1、开发语言及实现平台或实验环境C++/JA V ATurbo C / Microsoft Visual Studio 6.0 / Microsoft Visual Studio .NET 20102、实验目的（1）加强对进程概念的理解,尤其是对进程的同步与互斥机制的理解。
（2）分析进程竞争资源的现象，学习解决进程互斥与同步的方法。
3、实验要求（1）理解利用进程控制机制；（2）理解利用信号量进行进程同步控制原理；（3）使用某种编程语言进行模拟实现生产者-消费者进程。
4、实验原理（注意：这个仅是个例子，仅供参考）生产者-消费者问题描述的是：有一群生产者进程在生产产品，并将这些产品提供给消费者进程去消费。
为使生产者进程与消费者进程能够并发执行，在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程将它所生产的产品放入一个缓冲区中；消费者进程可以从一个缓冲区中取走产品去消费。
尽管所有的生产者和消费者进程都是以异步方式运行的，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品；也不允许生产者进程向一个已经装满产品的缓冲区中投放产品。
这是一个同步与互斥共存的问题。
生产者—消费者问题是一个同步问题。
即生产者和消费者之间满足如下条件：(1) 消费者想接收数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是满的。
(2) 生产者想发送数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是空的。
故设置两个信号量：(1) empty：说明空缓冲区的数目，初值为有界缓冲区的大小N。
(2) full：说明已用缓冲区的数目，初值为０。
由于有界缓冲区是临界资源，因此，各生产者进程和各消费者进程之间必须互斥执行。
故设置一个互斥信号量mutex，其初值为１。
5、实验步骤参考实验代码如下：class Q{String name;int num=0;int size=10;}class Producer implements Runnable{Q q;Producer(Q q){this.q = q;="producer";}public void run(){while(true){synchronized(q){if(q.num<q.size){q.num++;System.out.println("producer已生产第："+q.num+"个产品!");try{Thread.currentThread().sleep(100);} catch(InterruptedException e) {e.printStackTrace();}q.notify();}else{try{System.out.println("producer stop!");q.wait();} catch(InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}}}class Consumer implements Runnable{Q q;Consumer(Q q){this.q = q;="consumer";}public void run(){while(true){synchronized(q){if(q.num>0){System.out.println("consumer要消费第："+q.num+"个产品!");q.num--;try{Thread.currentThread().sleep(100);} catch(InterruptedException e) {e.printStackTrace();}q.notifyAll();}else{try{System.out.println("consumer stop!");q.wait();} catch(InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}}}public class project{public static void main(String[] args){Q q = new Q();new Thread(new Producer(q)).start();new Thread(new Consumer(q)).start();}}实验二进程调度实验1、开发语言及实现平台或实验环境C++/JAVATurbo C / Microsoft Visual Studio 6.0 / Microsoft Visual Studio .NET 20102、实验目的（1）加深对进程的概念及进程调度算法的理解；（2）在了解和掌握进程调度算法的基础上，编制进程调度算法通用程序，将调试结果显示在计算机屏幕上，并检测机算和笔算的一致性。
3、实验要求（1）了解进程调度；（2）理解利用进程调度算法进行调度的原理；（3）使用某种编程语言进行算法模拟。
4、实验原理（注意：这个仅是个例子，可以参考本例，选择其他算法进行实验）一、例题：设计一个有N个进程的进程调度算法。
进程调度算法：采用最高优先数的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）。
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。
进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为的指定（也可以由随机数产生）。
进程的到达时间为进程的输入的时间。
进程的运行时间以时间片为单位进行计算。
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。
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，则撤销该进程，如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间还未达到所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应该将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。
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。
重复以上过程，直到所要的进程都完成为止。
分析:使用固定队列与静动态优先级结合每个优先级为0~0xFF,并且以小的数字为高优先级，大的数字为低优先级，每次皆使用循环得到最高优先级的进程并执行，然后将其动态优先级设置为最低，并将其他进程动态优先级提高，以使得每个进程都有机会运行。
进程的优先级与运行时间由随机数产生。
二、代码试例#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <time.h>/*常量和状态定义*/#define PRO_NUM 0x05 #define MAX_TIME 0xFF /*状态宏*/#define WAIT 0x01#define RUN 0x02#define FINISH 0x03#define ID_ERROR 0x10#define MIN_PRIOR 0xFF#define MAX_PRIOR 0x00typedef unsigned int Uint32;/*进程PCB*/struct PCB_Info{Uint32 s_id;Uint32 s_static_prior;Uint32 s_dynamic_prior;Uint32 s_start_time;Uint32 s_need_time;Uint32 s_used_time;Uint32 s_state;};/*进程队列*/PCB_Info g_queue[5];Uint32 g_time;/*模拟进程执行函数*/void Simulator();/*初始化5个进程函数*/void Init_Process();/*初始化进程队列函数*/void Init_Queue();/*创建进程函数*/Uint32 Create_Process(Uint32 pri,Uint32 needtime); /*系统运行函数*/void Run_Process();/*得到最高优先级进程ID函数*/Uint32 Get_PriProcess();/*进程时间片执行函数*/void Work_Process(Uint32 id);/*改变进程状态和优先级函数*/void Change_Process(Uint32 id);/*打印进程状态函数*/void Print_State();/*结束系统函数*/void End_Process();/*入口函数*/int main( int argc, char *argv[ ]){Simulator();return 0;}void Simulator(){Init_Process();Run_Process();End_Process();}void Init_Process(){int i;Uint32 id;srand( (unsigned)time( NULL ) );Init_Queue();for(i=0;i<PRO_NUM;++i){/*在这里修改随机数的范围，建议优先级取值为0到4之间，进程工作总时间为1到10之间*/id=Create_Process(rand()%4,1+rand()%10);if(id!=ID_ERROR){printf("**********************************\n");printf("创建进程成功\n");printf("进程ID号为:%d\n",id);printf("进程的静态优先权为:%d\n",g_queue[id].s_static_prior);printf("进程的动态优先权为:%d\n",g_queue[id].s_dynamic_prior);printf("进程的到达时间为:%d\n",g_queue[id].s_start_time);printf("进程需要时间为:%d\n",g_queue[id].s_need_time);printf("进程已用CPU时间为:%d\n",g_queue[id].s_used_time);printf("进程的状态为:%d\n",g_queue[id].s_state);printf("\n");}else{printf("创建进程失败\n");}}}void Init_Queue()int i;for(i=0;i<PRO_NUM;++i){g_queue[i].s_id=i;g_queue[i].s_dynamic_prior=MIN_PRIOR;g_queue[i].s_need_time=0;g_queue[i].s_start_time=0;g_queue[i].s_static_prior=MIN_PRIOR;g_queue[i].s_used_time=0;g_queue[i].s_state=FINISH;}}Uint32 Create_Process(Uint32 pri,Uint32 needtime) {int i=0;Uint32 id=ID_ERROR;for(i=0;i<PRO_NUM;++i){if(g_queue[i].s_state==FINISH){id=g_queue[i].s_id;g_queue[i].s_dynamic_prior=MIN_PRIOR;g_queue[i].s_need_time=needtime;g_queue[i].s_start_time=g_time;g_queue[i].s_state=WAIT;g_queue[i].s_static_prior=pri;g_queue[i].s_used_time=0x0;break;}}return id;}void Run_Process(){Uint32 id;while((id=Get_PriProcess())!=ID_ERROR){Work_Process(id);Change_Process(id);}}void Print_State(){int i;printf("时间进程ID\t状态已用时间需要时间开始时间静优先级动优先级\n");for(i=0;i<PRO_NUM;++i){printf("%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\n",g_time,g_queue[i].s_id,g_queu e[i].s_state,g_queue[i].s_used_time,g_queue[i].s_need_time,g_queue[i].s_start_time,g_queue[i].s_static_prior,g_queue[i].s_dynamic_prior);}}Uint32 Get_PriProcess(){Uint32 id=ID_ERROR;int i,prev_id=ID_ERROR;Uint32 prior=MIN_PRIOR*2,temp_prior;for(i=0;i<PRO_NUM;++i){if(g_queue[i].s_state!=FINISH){temp_prior=g_queue[i].s_dynamic_prior+g_queue[i].s_static_prior;if(temp_prior<=prior){id=i;prior=temp_prior;}}}return id;}void Work_Process(Uint32 id){++g_time;g_queue[id].s_state=RUN;++g_queue[id].s_used_time;Print_State();}void Change_Process(Uint32 id){int i;if(g_queue[id].s_need_time==g_queue[id].s_used_time){g_queue[id].s_state=FINISH;}else{g_queue[id].s_dynamic_prior=MIN_PRIOR;g_queue[id].s_state=WAIT;}for(i=0;i<PRO_NUM;++i){if((i!=id)&&(g_queue[i].s_state!=FINISH)){g_queue[i].s_dynamic_prior>0?--g_queue[i].s_dynamic_prior:g_queue[i].s_dyna mic_prior=0;}}}void End_Process(){printf("所有进程结束状态:\n");Print_State();printf("所有进程已经结束!\n");}实验三银行家算法模拟1、开发语言及实现平台或实验环境C++/JA V ATurbo C / Microsoft Visual Studio 6.0 / Microsoft Visual Studio .NET 20102、实验目的（1）理解利用银行家算法避免死锁的问题；（2）在了解和掌握银行家算法的基础上，编制银行家算法通用程序，将调试结果显示在计算机屏幕上，并检测机算和笔算的一致性。