精选_基于多道程序的单用户操作系统设计_源码打包

# 基于多道程序的单用户操作系统设计 # 1 需求分析 - 模拟操作系统实现。一个采用多道程序设计的单用户操作系统。包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户接口 - 本程序采用图形界面，输入主要为鼠标操作以及修改用户名、修改文件以及cmd中的键盘输入。输出则是对相应动作的响应 - 输出的形式是，根据在桌面点击的图标，分别显示各模块内容。例如点击磁盘分配。会根据目前系统磁盘的使用情况显示。包括FAT表以及剩余磁盘块的饼状图显示 - 文件管理 - 文件逻辑结构采用流式结构 - 文件均为文本文件，但分为可执行文件和不可执行文件 - 磁盘管理 - 文件对磁盘块是独占的 - 目录结构采用树型目录结构 - 每个目录项为8字节，要存储目录名或文件名，扩展名，目录、文件属性，起始盘号，文件长度。每个文件夹最多存放8个目录项 - 根目录为磁盘第二块 - 磁盘分配采用连接结构（显示连接），采用FAT记录磁盘空间使用情况和连接结构的指针 - 设备管理 - 管理一张设备分配表 - 有A、B、C三种独占型设备。其中A设备2个，B设备3个，C设备3个 - 不考虑死锁 - 设备使用完后立即释放该设备资源 - 存储管理 - 用链表模拟内存空间分配表 - 系统区存放进程控制块和内存分配表 - 用户区存放可执行文件 - 进程管理 - 首先随机创建10个可执行文件来进行调度 - 采用时间片轮转调度算法，时间片长度为6 - 进程控制块包括进程标识符、主要寄存器、进程状态、阻塞原因。本系统最多容纳10个进程块 - 用户接口 - 用户可以通过鼠标和键盘来访问和操作该操作系统提供的各种功能。模拟Windows的命令行 # 2 概要设计 ## 2.1 磁盘管理 - 主要涉及到的类有：Disk、FAT - 功能：磁盘容量为256个磁盘块，每个磁盘块有64字节。根据FAT来管理磁盘块的分发和回收。 - 磁盘管理根目录root，提供磁盘格式化方法。 - FAT管理磁盘块，提供分配、回收、显示磁盘块使用情况等方法。 ## 2.2 文件管理 - 主要涉及到的类有：FileItem、Files、Directory - 功能：提供文件和文件夹对象。以及对文件和文件夹的一系列操作。 ## 2.3 设备管理 - 主要涉及到的类有：Device、DeviceManager - 功能：管理设备，提供设备分配，回收以及查看设备使用情况的方法 ## 2.4 **存储管理** - 涉及的包：model.momory - 功能：管理内存，提供内存分配、内存释放以及查看内存的方法 ## 2.5 **进程管理** - 涉及的包：model.cpu，view.cpu - 功能：管理进程的创建、删除以及调度，提供创建进程的方法。 ## 2.6 **图形界面（用户接口）** - 涉及的包：view.ui,utility - 功能：响应用户的鼠标以及键盘输入。 # 3 详细设计 ## 3.1 **存储管理（后台数据）** - **Memory类** - 表示内存 - 因为全局只有一个内存，故采用单例模式 - 属性：LinkedList<MemoryBlock>blocks - 链式存储，故用链表存下内存块，维护内存结构 - 方法实现 - MemoryBlock allocate(MemoryOccupyoccupy);分配内存，采用首次适配;遍历内存块链表，找到第一个长度大于occupy.length()的内存块，将其拆成两段，第一段长度等于occupy.length()，并设置为已经占用状态，如果有第二段（剩余），则设置第二段长度为剩余的长度；如果找不到可分配的内存块，返回null。 - void release(MemoryBlockreleaseBlock);内存释放;找到releaseBlock在内存块链表里对应的位置，找不到时抛出异常；将releaseBlock设置为未占用状态，判断releaseBlock前后两个内存块（如果有），如果有未占用状态的，将其与releaseBlock合并。 - **MemoryBlock类** - 表示内存块 - 属性 - int startPosition，内存块起始位置 - int length，内存块长度 - boolean isEmpty，是否被占用 - **MemoryOccupy接口** - 内存占用接口 - 方法：int length()，返回占用内存的大小 ## 3.2 **进程管理（后台数据）** - **CPU类** - 负责进程调度 - 属性 - static int MAX_NUMBE_OF_PROCESS，最大进程数，默认值为11（10个普通进程，1个闲逛进程） - LinkedBlockingQueue<PCB> readyQueue，就绪队列 - PCB runningProcess，运行中的进程的PCB - Memory memory，内存 - PCBManager pcbManager，PCB管理器 - PCB strollingProcess，闲逛进程的PCB - static int TIME_SLICE，轮转时间片，默认值为3 - static int INS_UNIT，每条指令执行的时间，单位个（时钟周期），默认值为3 - InsExecutor insExecutor，指令执行器 - DeviceManager deviceManager，设备管理器 - enum Result，枚举类，用于创建进程的反馈，属性如下 - OK，成功 - COMPILE_ERROR，编译失败 - PCB_NOT_ENOUGH，无可用PCB - MEMORY_NOT_ENOUGH，内存不够 - 方法 - Result create(String instructions)，根据指令字符串instructions创建进程，创建失败时返回原因 - void destroy()，撤销当前进程，回收PCB及内存 - void block()，阻塞当前进程，交由DeviceManager处理 - void awake(PCB pcb)，唤醒pcb对应的进程，会将pcb加到就绪队列 - Result allocatePCB(ProcessCode code)，分配PCB。当有可分配PCB且有足够内存时，分配PCB；否则返回分配失败原因 - void work()，每INS_UNIT个时钟周期调用一次handle() - void handle() - 调用CPU.insExecutor.execute()执行当前指令 - 当寄存器状态为PSW_Type.TIME_OUT时，将运行中进程放到就绪队列尾部，并将就绪队列头的进程置为运行态； - 当寄存器状态为PSW_Type.IO_INTERRUPT时，阻塞当前进程并将就绪队列头的进程置为运行态； - 当寄存器状态为PSW_Type.END时，撤销运行中进程并将就绪队列头的进程置为运行态 - **CPURegisters类** - 表示CPU寄存器 - 属性 - num PSW_Type，枚举类，属性如下 - NOTHING，无特别标志的状态 - END，表示当前进程运行结束 - TIME_OUT，表示当前进程运行时间片结束 - IO_INTERRUPT，表示当前进程需进入阻塞状态 - int AX，进程的x变量的值 - PSW_Type PSW，进程当前状态 - **InsExcutor类** - 管理进程的指令的执行 - 属性 - ProcessCode code，运行中的进程的代码 - CPURegisters registers，CPU的寄存器 - int timeLeft，当前进程剩余时间片 - char deviceID，如果当前进程申请I/O，该变量值为进程申请的设备号 - int deviceTime，如果当前进程申请I/O，该变量值为进程申请占用设备的时间 - 方法实现 - void execute();执行当前指令;先使剩余时间片减少1，减少后，如果剩余时间片等于0，则设置寄存器标志位PSW_Type.TIME_OUT，接着调用code.getIns()获得当前指令，根据指令类型改变registers.AX或registers.PSW的值 - **PCBManager类** - 负责PCB的分配 - 属性 - ConcurrentHashMap<Integer, PCB> map，保存pid到PCB的映射 - LinkedBlockingQueue<Integer> queue，未被使用的pid的队列 - 方法 - int getNewPID()，从PCBManager.queue获得新的pid，当没有可用pid时（最多有10个进程同时运行），返回-1 - PCB allocatePCB(MemoryBlock block, ProcessCodecode)，分配新的PCB，失败时返回null - PCB getPCB(int pid)，根据pid获得对应PCB - void recoverPCB(PCB pcb)，回收PCB - boolean available()，返回当前是否有可分配的PCB - int getPID(MemoryBlock block)，根据内存块获得对应pid，当找不到对应的pid时，返回-1 - **