操作系统实验报告

目录

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实验一

一、实验结果

实验二 使用信号量实现进程互斥与同步

一、实验结果

1.  使用信号量实现有限缓冲区的生产者和消费者问题

2.  使用信号量实现读进程具有优先权的读者和写者问题

实验三 死锁和预防

一、实验要求

二、实验内容

三、实验结果

实验四 内存管理

一、实验要求

二、实验内容

三、实验结果

实验五 处理器调度

一、实验要求

二、实验内容

三、实验结果

实验六 文件管理

一、实验要求

二、实验内容

三、实验结果

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实验一

一、实验结果

在终端提供的Linux环境下，使用gcc编译器运行程序

结果如下

从输出结果可以看出，父进程先执行，然后创建了两个子进程。两个子进程同时在执行，并打印出正在执行的信息。接着，父进程将两个子进程杀死，最后父进程结束。

整个程序运行结果表明了进程同步的概念和实现方式，特别是父进程和子进程的关系，以及父进程对子进程的控制。

实验二 使用信号量实现进程互斥与同步

一、实验结果

1.  使用信号量实现有限缓冲区的生产者和消费者问题

在Linux环境下使用gcc编译器来将C语言程序编译成可执行文件（即exec文件）。

步骤如下：

（1）创建C源代码文件：首先，创建一个C语言源代码文件，生产者与消费者.c，并在其中编写程序代码。

（2）使用GCC编译器编译源代码文件：在终端中输入了以下命令

gcc /Users/peach/Desktop/操作系统实验/生产者与消费者/生产者与消费者.c 

 -o program

其中-o选项后的program是生成的可执行文件的名称，而生产者与消费者.c 是我编写的源代码文件名及路径。

（3）运行可执行文件：终端中输入了以下命令运行生成的可执行文件：

./program

结果如下

根据输出结果，可以看出生产者和消费者线程已经在正确地工作了。首先，生产者线程生产了编号为0的物品，并将其放入缓冲区的第一个位置。然后，消费者线程从缓冲区中取出编号为0的物品，并在每个循环中从缓冲区中取出下一个物品，直到缓冲区为空。

接下来，生产者线程继续生产物品，并将它们依次放入缓冲区。一旦缓冲区已满，生产者线程就会等待，直到有空余的槽位可用。当消费者线程消费了一些物品后，缓冲区就会变得不再满，这时生产者线程就会被唤醒，并开始继续生产物品。

在本例中，生产者线程总共生产了19个物品，消费者线程总共消费了18个物品。这是因为，在生产者线程生产第19个物品之前，缓冲区已经满了，导致生产者线程进入休眠状态，直到消费者线程消费掉一些物品并释放出空余的槽位为止。

2.  使用信号量实现读进程具有优先权的读者和写者问题

操作步骤同1，文件路径如下

/Users/peach/Desktop/操作系统实验/读者写者/读者写者/main.c 

Linux环境下使用gcc编译器得到的运行结果如下：

现在对运行结果和执行过程作出一定的分析

初始状态，共有5个读者和2个写者线程，且共享数据的初值为0。

Writer 0 writes: 0

Reader 0 reads: 0

Reader 1 reads: 0

Reader 0 reads: 0

Reader 2 reads: 0

Reader 0 reads: 0

Reader 3 reads: 0

Reader 0 reads: 0

Reader 4 reads: 0

Reader 0 reads: 0

写者线程1开始执行，将共享数据的值改为1，并唤醒所有等待该数据的线程。

Writer 1 writes: 1

读者线程0开始执行，读取到共享数据的值为1，然后释放读者锁。

Reader 0 reads: 1

其他4个读者线程依次获得读者锁，并读取到共享数据的值为1，然后释放读者锁。

Reader 1 reads: 1

Reader 2 reads: 1

Reader 3 reads: 1

Reader 4 reads: 1

写者线程2开始执行，由于此时有读者线程持有读者锁，因此该写者线程需要等待所有读者线程完成读操作后才能进行写操作，即读者优先。

Writer 2 writes: 2

读者线程0开始执行，读取到共享数据的值为2，然后释放读者锁。

Reader 0 reads: 2

其他4个读者线程依次获得读者锁，并读取到共享数据的值为2，然后释放读者锁。

Reader 2 reads: 2

Reader 3 reads: 2

Reader 4 reads: 2

Reader 1 reads: 2

写者线程0开始执行，将共享数据的值改为0，并唤醒所有等待该数据的线程。

Writer 0 writes: 0

读者线程1开始执行，读取到共享数据的值为0，然后释放读者锁。

Reader 1 reads: 0

其他4个读者线程依次获得读者锁，并读取到共享数据的值为0，然后释放读者锁。

Reader 2 reads: 0

Reader 3 reads: 0

Reader 4 reads: 0

Reader 1 reads: 0

实验三 死锁和预防

一、实验要求

加深对银行家算法的理解。

二、实验内容

给出进程需求矩阵 C、资源向量 R 以及一个进程的申请序列。

使用进程启动拒绝和资源分配拒绝（银行家算法）模拟该进程组的执行情况。 要求：

1.  初始状态没有进程启动

2.  计算每次进程申请是否分配？如：计算出预分配后的状态情况（安全状 态、不安全状态），如果是安全状态，输出安全序列。

3.  每次进程申请被允许后，输出资源分配矩阵 A 和可用资源向量 V。 4.  每次申请情况应可单步查看，如：输入一个空格，继续下个申请。

三、实验结果

在Linux环境下使用gcc编译器完成本次实验

测试结果如下

序列判断

输入资源需求量

结束运行

实验四 内存管理

一、实验要求

熟悉存储器管理系统的设计方法，加深对所学各种内存管理方案的了解。 

二、实验内容

随机给出一个页面执行序列， 如：1,5,3,4,2,1,3,4,5,7,9 … … .要求计算以下几种 置换算法的缺页数、缺页率和命中率。

1.  先进先出算法 FIFO（First In First Out）

2.  最近最少使用算法 LRU（Least Recently Used）

3.  最佳置换算法 OPT（Optimal）

三、实验结果

在Linux环境下使用gcc编译器完成本次实验

1.首先用户输入数据

包括计算机可以分配给进程的页面数量、执行过程中访问页面的序列及序列长度。

2.分别利用FIFO、LRU、OPT算法进行缺页数、缺页率和命中率的计算。

经分析，运行结果与实际一致。

实验五 处理器调度

一、实验要求

熟悉使用各种单处理器调度（短程调度）的各种算法。

二、实验内容

随机给出一个进程调度实例，如：

进程	到达时间	服务时间
A	0	3
B	2	6
C	4	4
D	6	5
E	8	2

模拟进程调度， 给出按照算法先来先服务(FCFS)、轮转(RR)（q=1）、最短进 程优先(SPN)进行调度各进程的完成时间、周转时间、响应比的值。

三、实验结果

1.在终端提供的Linux环境下使用gcc编译器完成本次实验

2.进行进程初始化

3.选择调度算法

（1）FCFS算法

（2）短进程优先算法

（3）高优先级算法

（4）时间片轮转算法

省略轮转过程……

实验六 文件管理

一、实验要求

熟悉二级存储管理中的文件分配策略。

二、实验内容

给出一个磁盘块序列： 1 、2 、3 、…… 、500，初始状态所有块为空的，每块的大小为 2k。选择使用位表、链式空闲区、索引和空闲块列表四种算法之一来管理空闲块。对于基于块的索引分配执行以下步骤：

1.  随机生成 2k- 10k的文件 50 个， 文件名为 1.txt、2.txt 、……、50.txt，按照上述算法存储到模拟磁盘中。

2.  删除奇数.txt（1.txt 、3.txt 、 …… 、49.txt）文件

3.  新创建 5 个文件（A.txt 、B.txt 、C.txt 、D.txt 、E.txt），大小为：7k 、5k、 2k 、9k 、3.5k，按照与步骤 1 相同的算法存储到模拟磁盘中。

4.  给出文件 A.txt 、B.txt 、C.txt 、D.txt 、E.txt 的文件分配表和空闲区块的状态。

三、实验结果

在终端提供的Linux环境下使用gcc编译器运行程序

运行结果如下

文件分配