操作系统试验指导书

### 操作系统实验指导书知识点总结 #### 实验1 存储管理 ##### 实验目的 - **理解存储管理:** 掌握存储管理的核心任务，即合理分配内存空间。 - **学习请求页式管理:** 请求页式管理是虚拟存储管理的一种关键技术，用于支持程序在虚拟地址空间中的运行。 - **模拟页面置换算法:** 通过模拟不同的页面置换算法，如FIFO（先进先出）、LRU（最近最少使用）、OPT（最佳置换）、LFU（最少访问频率）以及NRU（最近最不常用），深入了解虚拟存储机制。 ##### 实验内容 1. **生成指令序列:** 使用随机数生成器创建包含320条指令的序列。这些指令遵循特定的分布模式，包括顺序执行、前地址分布和后地址分布。 2. **转换为页地址流:** 将指令序列转换为页地址流。页面大小设定为1KB，用户内存容量为4到32页，而用户虚拟内存容量为32KB。按照每1KB存储10条指令的原则组织指令。 3. **计算命中率:** 在不同内存容量下计算五种不同页面置换算法的命中率。命中率计算公式为：\(命中率 = 1 - \frac{页面失效次数}{页地址流长度}\)。在本实验中，页地址流长度为320。 ##### 实验技巧 - **随机数生成:** Linux或UNIX系统提供了`srand()`和`rand()`函数，可用于初始化随机数种子和生成随机数。 - **示例代码片段:** 提供了如何使用`srand()`和`rand()`函数生成随机数的具体示例。 #### 实验2 文件系统设计 ##### 实验目的 - **理解文件系统:** 通过设计一个简单的多用户文件系统，深入理解文件系统的内部结构和功能实现。 ##### 实验内容 1. **命令实现:** 至少实现以下四条命令：登录(`login`)、显示目录(`dir`)、创建文件(`create`)、删除文件(`delete`)、打开文件(`open`)、关闭文件(`close`)、读取文件(`read`)和写入文件(`write`)。 2. **目录结构:** 列出文件目录时需显示文件名、物理地址、保护码和文件长度。 3. **读写保护:** 源文件需要支持读写保护。 ##### 实验提示 - **数据结构设计:** 需要定义文件系统的数据结构，包括主目录、子目录以及活动文件等。这些结构应以文件形式存储在磁盘上以便于管理和修改。 - **文件存储:** 用户创建的文件可以按编号存储在磁盘上，并以编号作为物理地址进行索引。 #### 实验3 处理器调度 ##### 实验目的 - **理解处理器调度:** 在多道程序环境中，通过模拟处理器调度，理解如何根据特定策略选择就绪进程来运行。 ##### 实验内容 - **选择调度算法:** 设计并实现一个基于优先级的调度算法。该算法选择具有最高优先级的进程进行执行。 ##### 实验题目 - **优先级调度算法实现:** 假设系统中有五个进程，每个进程由一个进程控制块(PCB)表示。PCB包括进程名、指针、所需运行时间、优先级和状态。进程按优先级大小排序形成队列，优先级最高的进程被选中执行。 ### 总结 本指导书涵盖了操作系统的三个核心实验：存储管理、文件系统设计和处理器调度。通过这三个实验，学生可以深入理解操作系统的基本原理和技术细节。特别是通过模拟实际场景，如页面置换算法的性能分析、简单文件系统的构建以及基于优先级的处理器调度策略的实现，学生不仅能够掌握理论知识，还能提升实践能力。这对于培养具备解决实际问题能力的操作系统工程师至关重要。