操作系统课程设计题目与要求
课程设计要求：
1、 可以依据教材中的算法自行选题，也可以从下面给出的题目中选题。要求每
两名同学之间课程设计内容应该不同。如果有选择相同题目的小组，则设计方案不同，否则视为抄袭。（可以两人一组，也可以一人一题） 。选题确定后，不得更改。
2、 分析设计要求，给出解决方案，建立必要的数据结构，然后设计总体流程（包
括界面）、详细设计必要的算法，并最终显示出结果。 基于Windows 或 Linux操作系统都可以,用何种编程语言都可以。 3、 提交设计报告,包括设计要求、设计思想及流程、设计所涉及的主要数据结构、
程序清单、运行结果、设计心得、参考资料等。
4、 最终成绩决定因素＝设计质量（40）＋设计报告（30）＋答辩（30） 5、 课程设计参考评分内容：
设计思想说明；数据结构的说明；各模块的算法流程图；程序清单：注意加注释（包含关键字、方法、变量等），在每个模块前加注释；体会，总结及体会建议。 6、 设计报告内容与他人相同者无成绩。
7、 要求同学们在上机前，尽量多做准备，编写好程序代码，上机时进行修改调
试，以提高上机效率。
8、 第15，16周周末提交设计报告，并进行答辩。地点在机房。不允许超过时间。
二、设计题目
1． Windows多线程控制台程序（1人）
目的：学习和掌握如何编写Windows多线程控制台程序。通过编写程序，加深对进程和线程关系的理解，掌握多线程程序的执行和编写技巧。
设计要求：写一个单进程多线程的Windows控制台程序，该程序在一个进程内建立N个线程来执行指定的任务。N由命令行传递给系统。
Win32控制台程序中，主函数的格式如：
Void main(int argc,char *argv[])，可以获取命令行参数。
通过VC++“工程/设置”的C/C++属性页设置应用程序为“MTD”多线程。 利用win32 API CreateThread()来生成线程。 2． 睡眠理发师问题（2人）
目的：了解信号量机制，了解并掌握进程同步和互斥机制，熟悉信号量的操作函数，利用信号量实现对共享资源的控制。
设计要求：
（1）编写程序实现理发师与顾客进程的同步。
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问题描述：这是一种经典的IPC问题，理发店有一位理发师，一把理发椅和n把用来等候理发的椅子。如果没有顾客，则理发师在理发椅上睡觉，顾客理来时，如理发师闲则理发，否则如有空椅则坐等，没有空椅则离开，编写程序实现理发师和顾客程序，实现进程控制，要求不能出现竞争。
（2）将（1）题中问题修改为有两位理发师，设计程序实现同步控制。
问题提示：可以用一个变量waitting来记录等候理发的顾客数，另使用三个信号量：用来记录等候理发的顾客数customers；用来记录理发师是否空闲的信号量barbers，一个用于互斥访问waitting变量的mutex.。
3． 进程调度模拟程序（1人）
目的：深入掌握进程调度的概念原理和实现方法。
设计要求：编写一个进程调度程序，允许多个进程并行执行。
进程调度算法：采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）、先来先服务算法、按时间片轮转调度算法，最终总结该算法的优缺点，写出设计体会。
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指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为输入进程的时间。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。
4． 进程调度模拟程序2（1人）
目的：深入掌握进程调度的概念原理和实现方法。
设计要求：编写一个进程调度程序，允许多个进程并行执行。
进程调度算法：采用最高优先数优先与按时间片轮转调度结合算法，最终总结该算法的优缺点，写出设计体会。
如果运行下个时间片后，进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进行已占用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，直到所有进程都完成为止。
5． 读者与写者问题（进程同步问题）（1人）
目的：了解进程同步的概念，理解信号量机制的原理，掌握运用信号量解决进程同步问题的方法，进而学会运用进程的同步与互斥。
设计要求：编程模拟读者与写者问题，要求显示结果。
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问题描述：
（1）多个进程共享一个文件，其中只读文件的称之为读者，其余只写文件的称为写者。读者可以同时读，但是写者只能独立写。
（2）对（1）修改，使得它对写者优先，即一旦有写者到，后续的读者都必须等待，而无论是否有读者在读文件。
6． 模拟文件管理系统（1人）
目的：深入了解文件管理系统，初步掌握文件管理系统的实现方法。
设计要求：编写一程序，模拟一个简单的文件管理系统。树型结构，目录下可以是目录，也可以是文件。
在此文件管理系统，可实现的操作有： 改变目录：格式：cd <目录名> 显示目录：格式：dir[<目录名>] 创建目录：格式：md <目录名> 删除目录：格式：rd<目录名> 新建文件：格式：edit<文件名> 删除文件：格式：del<文件名> 退出文件系统：exit 实现参考：
（1） 文件系统采用二叉树型存储结构，结点结构如下： Struct FileNode {
Char filename[FILENAME_LEN];//文件名/目录名 Int isdir ;//目录、文件的识别标志 Int i_nlink;//文件链接数 Int adr;//文件的地址
Struct FileNode *parent,*child;//指向父亲的指针和左孩子的指针
Struct FileNode *sibling_prev,*sibling_next;//指向前一个兄弟的指针和后一个兄弟的指针。 }
（2） 目录名和文件名支持全路径名和相对路径名，路径名各分量间用“/”隔开 （3） 功能具体描述：
改变目录：改变当前工作目录，目录不存在是给出出错信息
显示目录：显示指定目录下或当前目录下所有文件和一级目录（选做：带/s参数的dir命令，
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显示所有子目录）
创建目录：在指定路径或当前路径下创建指定目录。重名时给出出错信息。
删除目录：删除指定目录下所有文件和子目录。要删目录不空时，要给出提示是否要删除。 创建文件：创建指定名字的文件，只要创建表示文件的节点即可，内容及大小不考虑。 删除文件：删除指定文件，不存在时给出出错信息。 退出文件系统：exit （4） 总体流程： 初始化文件目录
输出提示符，等待接受命令，分析键入的命令；
对合法的命令，执行相应的处理程序，否则输出错误信息，继续等待新命令。直到键入exit退出为止。
7． 内存的申请与释放（2人） 目的：了解操作系统内存分配的算法。 设计要求：
（1） 定义一个自由存储块链表，按块地址排序，表中记录块的大小。当请求分配内存时，扫描自由存储块链表，址到找到一个足够大的可供分配的内存块，若找到的块大小正好等于所请求的大小时，就把这一块从自由链表中取下来，返回给申请者。若找到的块太大，即对其分割，并从该块的高地址部分往低地址部分分割，取出大小合适的块返回给申请者，余下的低地址部分留在链表中。若找不到足够大的块，就从操作系统中请求另外一块足够大的内存区域，并把它链接到自由块链表中，然后再继续搜索。
释放存储块也要搜索自由链表，目的是找到适当的位置将要释放的块插进去，如果被释放的块的任何一边与链表中的某一块临接，即对其进行合并操作，直到没有合并的临接块为止，这样可以防止存储空间变得过于零碎。
（2） 空闲区采用分区说明表的方法实现（1）中的功能。要求同上。 8． Windows磁盘直接读写实验（1人） 目的：了解磁盘设备编程的特点。
设计要求：通过本实验了解在windows系统中如何直接使用磁盘的读写功能；所编应用程序能够响应用户指定的读写磁盘扇区的请求，也能提供查看磁盘相关参数的功能。技术的关键是使用了windows提供的API（应用程序接口）来实现所要求的功能。用户可以利用API进行底层的磁盘操作。
相关知识：（下列函数的详细使用方法参看VC++的MSDN文档）
（1） CreateFile:用来创建或者打开一个文件、管道、磁盘设备等，它返回一个句柄用于
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以后对这信对象的访问。
（2） DeviceControl:本API直接向相应设备的驱动程序发出指令，以完成在函数参数中所指定的动作。
（3） WriteFile：本API用于向文件中写入数据，写入操作可以采用同步方式或者异步方式，写入操作从文件指针处开始，写操作后会被相应调整。磁盘设备被当作文件看待。
（4） ReadFile:本API用于文件中读出数据，读出操作从文件指针处开始，文件指针在读操作后会被相应调整。用法同写文件函数相似。
（5） SetFilePointer:用于移动一个打开的文件中的读写指针。 9． 处理机调度（2人）
目的：加深作业概念的理解，深入了解多道程序设计系统中如何组织作业、管理作业和调度作业，加深对作业调度算法的理解。
设计要求：采用短作业优先调度算法、先来先服务调度算法和最高响应比调度算法实现处理机对作业的调度。
作业调度算法的关键是在已有的作业后备队列上按照一定的规则选择一个作业，如何在已有的数据结构上进行操作的问题。 10． 页面置换算法（2人）
目的：深入掌握内存调度算法的概念原理和实现方法。 设计要求：编写程序实现：
（1） 先进先出页面置换算法（FIFO） （2） 最近最久未使用页面置换算法（LRU） （3） 最佳置换页面置换算法（OPT）
专题：设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示以上三种算法的具体实现过程，并计算访问命中率。演示页面置换的三种算法。通过随机数产生一个指令序列，将指令序列转换成为页地址流。计算并输出各种算法在不同内存容量下的命中率。 11． 售票员与乘客（信号量操作）（1人）
目的：了解进程同步的概念，理解信号量机制的原理，掌握运用信号量解决进程同步问题的方法，进而学会运用进程的同步与互斥。
设计要求：编程序模拟车站售票厅内进程同步问题，售票厅任何时刻最多可容纳20名购票者进入，否则需要在外面等待。每个购票者可看成一个进程。 12． 生产者—消费者问题（2人）
目的：掌握信号的使用方法和PV操作的定义，掌握使用PV操作实现进程之间同步与互斥的方法，加深对进程同步互斥概念的理解。
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