操作系统课程设计指导书
赵伟华
梁红兵 刘真
2013年2月
计算机学院
目录
第一章 操作系统课程设计的内容与实施方法 .............................................................. - 3 -
1.1 操作系统课程设计总体要求 ............................................................................. - 3 - 1.2 操作系统课程设计的内容 ................................................................................. - 3 - 1.3 操作系统课程设计实施方案 ............................................................................. - 3 - 第二章 基于DOS的多任务系统的实现 ........................................................................ - 5 -
2.1 设计目的和内容要求 ......................................................................................... - 5 - 2.2 线程描述 .......................................................................................................... - 6 - 2.3 线程的创建和撤消 .......................................................................................... - 8 - 2.4 线程调度设计 ................................................................................................ - 10 - 2.5 基本实例程序的实现 .................................................................................... - 23 - 2.6 线程的阻塞和唤醒 ........................................................................................ - 26 - 2.7 线程的同步与互斥 ........................................................................................... - 26 - 2.8 利用消息缓冲队列通信机制实现线程间通信 ............................................... - 27 - 第三章 简单文件系统的实现 .................................................................................... - 32 -
3.1 设计目的和内容要求 ......................................................................................... - 32 - 3.2 预备知识 ............................................................................................................. - 33 - 3.3实例系统的设计与实现 ...................................................................................... - 36 -
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操作系统课程设计
第一章 操作系统课程设计的内容与实施方法
1.1 操作系统课程设计总体要求
１．遵守机房纪律，服从机房调度。
２．课程设计的设计和上机调试要求独立完成，不能拷贝。 ３．上机前，努力准备上机内容，并预先作一些情况分析。 ４．仔细观察上机时出现的各种现象，记录上机的结果。
５．认真书写课程设计报告。报告中应包括：课程设计的目的及要求、程序的设计思想及流程图、程序调试中遇到的问题及分析、程序代码清单和结果分析；程序的不足之处及修改方案等。程序要带注释。
1.2 操作系统课程设计的内容
本次课程设计共设置了以下两个题目： 1．基于DOS的多任务系统的实现
DOS系统是一个典型的单用户单任务操作系统。“基于DOS的多任务系统的实现”的基本设计思想是设计一个运行在DOS系统中的应用程序，该应用程序能实现多线程机制，即能完成所有与线程管理有关的工作，包括线程创建与撤销、线程阻塞与唤醒、线程互斥与同步、线程调度、线程通信等。我们利用这些功能创建多个线程，并调度这些线程在CPU上并发执行，每个线程执行一个函数完成指定的功能。
2．简单文件系统的实现
文件系统是操作系统内核中非常重要的组成部分之一。一个相对完整的文件系统应该具备以下几个方面的功能：磁盘存储空间管理、目录管理、文件读写管理、文件保护与共享。由于对磁盘的存取操作必然涉及到磁盘驱动程序设计，为了降低设计难度，本实验的基本设计思想是在内存中申请一块存储空间作为虚拟磁盘，在其上建立一个类似于FAT的文件系统，所有对文件系统的操作都是在该虚拟磁盘空间中进行。为了保存该文件系统中的内容，如我们创建的目录、文件等，在退出文件系统的使用之前必须将整个虚拟磁盘上的内容以一个文件的形式全部保存到系统真正的磁盘上；以后想再次使用该文件系统时又必须首先从磁盘上读入这个文件的内容到内存中的虚拟磁盘上，然后才能继续使用。
1.3 操作系统课程设计实施方案
操作系统是计算机系统中最核心最重要的一组软件集合，用来控制系统中的所有硬件及其他软件的运行，各程序模块内部的控制流程及相互间的接口都很复杂。本课程设计虽然只
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是实现其中的一部分功能，但对学生的综合要求依然较高，既要求对原理知识的综合掌握，又要求具有一定的C语言编程能力，特别是“基于DOS的多任务系统的实现”这个题目，由于要利用Turbo C的interrupt类型的函数来实现线程切换过程中的线程运行现场及环境信息的自动保存及恢复，因此程序开发工具是采用字符型界面的Turbo C。而不同学生在编程能力上存在差异，且大多数学生对字符型界面的开发平台存在畏惧心理，为了达到因材施教的目的，保证每个学生都能根据自己的实际情况参与到课程设计过程中，我们开发设计了一个可视化的操作系统课程设计平台软件（该平台软件的使用方法见后面第三篇内容），该软件系统最大的特点是提供了模块式替换功能，即将每个课程设计题目的内容分解成若干个相对“较小”的功能模块（模块具体划分情况见后面课程设计的详细介绍），允许每个学生根据自身能力情况选择实现课程设计的全部或部分功能模块，学生完成一个或多个模块后可在软件系统中进行模块替换操作，替换后需要重新进行编译、链接工作，然后就可以运行程序，从而及时看到所编写模块的功能实现情况。这样能够提高所有学生主动学习的兴趣，提高实际动手能力。
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第二章 基于DOS的多任务系统的实现
2.1 设计目的和内容要求
1．设计目的
通过对线程（和进程）的创建和撤消、CPU的调度、同步机制、 通信机制的实现，达到以下目的：
（1） 加深对线程和进程概念的理解，明确进程和程序的区别。
（2） 加深对CPU调度过程（现场保护、CPU的分派和现场恢复）的理解。 （3） 进一步认识并发执行的概念，明确顺序执行和并发执行的区别。 （4） 加深对临界资源、临界区、信号量以及同步机制的理解。 （5） 加深对消息缓冲通信的理解。
2．内容要求
（1） 用C语言完成线程的创建和撤消，并按先来先服务方式对多个线程进行调度。 （2） 将线程调度算法修改为时间片轮转算法，实现时间片轮转调度。（也可以结合优先权，实现优先权加时间片轮转算法的线程调度。）
（3） 改变时间片的大小，观察结果的变化。思考：为什么时间片不能太小或太大。 （4） 假设两个线程共用同一软件资源（如某一变量，或某一数据结构），请用记录型信号量来实现对它的互斥访问。
（5） 假设有两个线程共享一个可存放５个整数的缓冲，其中一个线程不停地计算１至５０的平方，并将结果放入缓冲中，另一个线程不断地从缓冲中取出结果，并将它们打印出来，请用记录型信号量实现这一生产者和消费者的同步问题。
（6） 实现消息缓冲通信，并与4、5中的简单通信进行比较。
（7） 思考：在线程间进行消息缓冲通信时，若对消息队列的访问没有满足互斥要求，情况将会怎样？
3. 学时安排（共21学时） （1） （2） （3） （4） （5）
授课3学时，内容包括线程的创建、撤消、调度等内容。 线程的创建、撤消、先来先服务调度，8学时上机。 时间片轮转调度，3学时上机。 信号量的实现，3学时上机。
线程间的消息缓冲队列通信，4学时上机。
4． 开发平台 TurboC 2.0或3.0。
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