文章目錄

• 前言
• 一、課程設(shè)計要求簡述
• • 1. 多線程方面
  • 2. 時間方面
  • 3. 輸入
  • 4. 輸出
  • 5. 基礎(chǔ)要求
• 二、大體思路講解
• • 1.從零開始的操作系統(tǒng)思路
  • • 1.1 作業(yè)要求梳理
    • 1.2 從文件中讀取數(shù)據(jù)
    • 1.3 編寫時鐘類
    • 1.4 將作業(yè)加載到CPU中
    • • CPU靜態(tài)類
      • 編寫進程調(diào)度進程類TheardSchedule，
      • 編寫IO管理進程類TheardIO
  • 2.具體問題的解決
  • • 2.1 極簡作業(yè)調(diào)度算法
    • 2.2 解決線程間唯一的沖突
    • 2.3 五個線程一覽
    • 2.4 MMU
• 總結(jié)

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前言

本人剛剛經(jīng)歷過南京農(nóng)業(yè)大學的操作系統(tǒng)課程設(shè)計，深感無參考無代碼無思路之抓狂，現(xiàn)將本人代碼及思路記載如下，如果能幫助到有一些需要的人，那就是無上功德了。代碼可能有奇奇怪怪的錯誤，思路上可能走了許多彎路，僅供參考。

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一、課程設(shè)計要求簡述

1. 多線程方面

至少用 5 個線程分別仿真作業(yè)請求、進程調(diào)度、輸入輸出處理、缺頁中斷處理、磁盤文件操作

2. 時間方面

時鐘中斷，并發(fā)使用，線程輪詢每1秒有沒有新的外部請求，調(diào)度時使用時間片輪轉(zhuǎn)，假設(shè)計算機每 5 秒查詢一次，判斷是否有新作業(yè)的執(zhí)行請求，由作業(yè)并發(fā)請求中斷的線程單獨實現(xiàn)。

3. 輸入

輸入兩個文件，
1921812-jobs-input.txt 共有四項
作業(yè)序號（JobsID）
作業(yè)優(yōu)先級（Priority）
作業(yè)請求時間（InTimes）
作業(yè)包含的程序指令數(shù)目（InstrucNum）
1.txt 2.txt… 也有四項
指令段編號（Instruc_ID）
用戶程序指令的類型（Instruc_State）
用戶程序指令訪問的邏輯地址（L_Address）
每條指令運行時間（InRunTimes）

4. 輸出

要求在窗口界面輸出每秒程序運行情況，要求可以隨時保存所有程序運行情況到txt文件中

5. 基礎(chǔ)要求

◆基礎(chǔ)硬件部件： CPU、內(nèi)存、時鐘中斷、設(shè)備中斷、MMU；
◆擴展硬件部件：缺頁中斷、緩沖區(qū)、磁盤交換區(qū)、磁盤等；
◆內(nèi)存與硬盤：共 32KB，每個物理塊大小 1024B，共 32 個物理塊。10 個柱面，1 個柱面有 32 個磁道，1 個磁道中有 64 個扇區(qū)。假設(shè) 1 個扇區(qū)為 1 個物理塊，每個物理塊大小 1024B。
◆本文及代碼完成的最基礎(chǔ)要求。多任務(wù)作業(yè)并發(fā)環(huán)境下，實現(xiàn) MMU 地址變換、作業(yè)
調(diào)度算法、進程原語、優(yōu)先級+時間片輪轉(zhuǎn)進程調(diào)度算法，位示圖法實現(xiàn)連續(xù)空間動態(tài)分配。

二、大體思路講解

1.從零開始的操作系統(tǒng)思路

1.1 作業(yè)要求梳理

從輸入輸出看起，接受的輸入簡單來說是兩個級別：作業(yè)級別與指令級別

程序需要接受的輸入是有幾個作業(yè)，他們什么時候進入，在同時進入的時候先運行哪個其中有什么規(guī)則，此為程序需要解決的大問題
重點：何時更改運行的作業(yè)：新進入作業(yè)排序時，某作業(yè)完全運行成功時。

具體到作業(yè)，則是該作業(yè)運行時，該執(zhí)行哪個指令了，該指令是什么類型，根據(jù)類型明白該指令是對內(nèi)存做什么修改，以及知道運行多長時間，
重點：何時更改運行的指令：指令運行結(jié)束時，指令的上司作業(yè)被拿下時，指令因為進入阻塞狀態(tài)而把CPU資源讓給其他指令時。

不重要的：eclipse寫界面應(yīng)用程序，寫好之后，復(fù)制到idea里面直接使用，較為方便

1.2 從文件中讀取數(shù)據(jù)

總而言之，飯要一口一口吃，先解決從文件中讀取數(shù)據(jù)到程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，使用起來既方便速度又快捷。對了，如果追求更高要求，就要考慮到在程序運行過程中更改作業(yè)文件，這樣的情況下就要設(shè)置在程序運行過程中讀取文件了，你看作業(yè)管理類是不是很適合兼職。

1.3 編寫時鐘類

多線程的最簡單實現(xiàn)：使用Time與Schedule
不需要掌握所有用法，僅完成任務(wù)的話會使用即可。
在主函數(shù)的最初初始化：

static Timer timer= new Timer();

主類初始化運行時（每間隔1000ms啟動ThreadTime線程，起始時間為0）

timer.schedule(new TheardTime(),0, 1000);

具體類中具體實現(xiàn)（重寫run方法）

class TheardTime extends TimerTask{public void Schedule(){}public void run(){}

讀取數(shù)據(jù)后中的任務(wù)，最重要最基礎(chǔ)的就是時鐘，所有類與進程與線程都依靠她進行，很簡單的把之前的Timer的應(yīng)用熟練一遍（查看2.1）

class TheardTime extends TimerTask{static int time = 0;static boolean limit = false;public void run() {//System.out.println(time + "!");++time;limit=true;} }

看我注釋掉的代碼，就是為了運行過程中方便查看，畢竟設(shè)斷點調(diào)試也很麻煩，對了，idea這款編譯器不錯，導(dǎo)入項目導(dǎo)出包方便，快捷鍵什么的很多，關(guān)鍵是漂亮，顏值高，那還要什么自行車。

之后就是之前說的作業(yè)加載到系統(tǒng)中，再運行作業(yè)。

1.4 將作業(yè)加載到CPU中

CPU靜態(tài)類

首先將CPU靜態(tài)類(含有CPU中必要的參數(shù)和CPU運行方法、以及低級調(diào)度方法，以及就緒隊列和阻塞隊列)編寫出來，思考在作業(yè)執(zhí)行過程中需要用到哪些參數(shù)，舉例為：

PC程序計數(shù)器，
IR，
PSW程序CPU狀態(tài)，
現(xiàn)在運行的進程序號及現(xiàn)在運行的進程命令種類，
L_Address指令邏輯地址（與MMU存儲地址有關(guān)，先虛置），
timeslice時間片，
就緒隊列以及阻塞隊列，這里采用Queue，初始化采用LinkedList

static Queue<PCB> BqTimes = new LinkedList<PCB>(); //就緒隊列： 進程進入鍵盤輸入阻塞隊列時間

CPU中方法還包括
模擬CPU中如何運行進程：cpurun()：
模擬低級調(diào)度：LowScheduling()：快速排序

編寫進程調(diào)度進程類TheardSchedule，

此類負責將作業(yè)裝進CPU，切換作業(yè)，當作業(yè)需要執(zhí)行時，將一切參數(shù)送進cpurun中執(zhí)行作業(yè)，根據(jù)指令進行程序運行
具體邏輯為：
if c then s或者

if a[j]>a[j+1] thenbeginchange:=true;temp:=a[j]; a[j]:=a[j+1]; a[j+1]:=temp;end;if CPU空閑（PSW）thenbeginif 就緒隊列不為空 then就緒隊列隊首出隊列else顯示空閑end elsebeginif 時間片未用完 then執(zhí)行進程，使用函數(shù)cpurun（）elseCPU中進程進入就緒隊列進行低級調(diào)度時間片重置執(zhí)行進程，使用函數(shù)cpurun（）end

編寫IO管理進程類TheardIO

理論上管理程序輸入與輸出，實際上…
建議采用進程同步的讀者寫者修飾下，顯得高端

if 阻塞隊列1不為空 thenbeginif 阻塞隊列首時間到 then阻塞隊列隊首出隊列更新阻塞隊列時間塞進就緒隊列（根據(jù)進入的調(diào)度算法排序就緒隊列）elseend else if 阻塞隊列2...不為空

2.具體問題的解決

2.1 極簡作業(yè)調(diào)度算法

低級調(diào)度

核心采用折半排序，實際上是將優(yōu)先級排序
稍微有點難度的反而是排序算法肯定是針對int的，但可以將隊列先poll出來，再offer回去，中間排序算法針對的是int數(shù)組。
每次調(diào)用該算法記得要開頭新建數(shù)組，結(jié)尾銷毀數(shù)組因為每次的數(shù)組長度都會變。

慎重，極不嚴謹。

2.2 解決線程間唯一的沖突

時間管理專門類（專門將系統(tǒng)時間+1）應(yīng)在進程調(diào)度之前，

很明顯，其間有一個簡單的先后關(guān)系，借鑒操作系統(tǒng)中的讀者-寫者問題，解決辦法為加一個time類加上limit變量，此變量初始為false，TheardTime類運行結(jié)束后改為true，TheardSchedule運行開始前l(fā)imit變量必須為true，運行完改為flase

2.3 五個線程一覽

timer.schedule(new TheardTime(),0, 1000);//時間管理進程類：管理時鐘與時鐘按時間增加 timer_job.schedule(new TheardWork(),0,5000);//作業(yè)管理進程類：每5s檢測是否有作業(yè)進入 timer_process.schedule(new TheardSchedule(),0,1000);//進程調(diào)度進程類，管理CPU的運行問題，并且和TheardTime通過變量實現(xiàn)先后關(guān)系 timer_io.schedule(new TheardIO(),0,1000);//IO管理進程類：管理程序輸入與輸出 timer_document.schedule(new ThreadDoc(),0,1000);//文件管理進程類：管理地址相關(guān)問題

2.4 MMU

要求三 連續(xù)存儲空間：最簡單的連續(xù)動態(tài)內(nèi)存管理，MMU 地址變換，實際只需要設(shè)計數(shù)組即可（注意：需要適配要求，好運不可能每次）

（要求回顧）硬盤：10個柱面，1個柱面有32個磁道，1個磁道中有64個扇區(qū)。假設(shè)1個扇區(qū)為1個物理塊，每個物理塊大小1024B。
物理地址為 16 位。

數(shù)據(jù)存儲的單位為雙字節(jié). 設(shè)計地址編碼長度 需要符合要求。
假設(shè)1個扇 區(qū)為1個物理塊，每個物理塊大小1024B。 據(jù)視頻親口所說，是可以一個內(nèi)存小塊為一個物理塊的，
所以全程序共分為20480個物理塊 103264 個物理塊 =20479 20480

5個進程的話，每個進程4096塊
0-4096 4097-8192 8193-12288 12289-16384 16385-20480

邏輯地址，物理地址的計算 5個進程
每個進程23264=60*60 30條指令
每個都跳轉(zhuǎn)， 不跳轉(zhuǎn)+2，跳轉(zhuǎn)的話加20（自己設(shè)定？）
所以最多利用每個進程4096中的600 ok
地址變化類
注意如果新增作業(yè)請求，此算法就會出現(xiàn)混亂，必須更改

/*** 邏輯地址增加，順序* @param add 原有邏輯地址* @return 現(xiàn)邏輯地址*/static int enheng(int add){}/*** 邏輯地址增加，跳躍* @param add 原有邏輯地址* @return 現(xiàn)邏輯地址*/static int enheng2(int add){}/*** 邏輯地址與物理地址轉(zhuǎn)換* @param I 進程編號* @param add 邏輯地址* @return 物理地址*/static int enheng3(int i,int add){} }

以上是內(nèi)存，先寫出時間片與CPU運行

總結(jié)

嘔心瀝血之后再看，只覺風輕云淡，甚至有心情分享出來寫博客。但當時我多么焦急多么無助，只有自己知道。諸位，莫避春陰上馬遲，春來未有不陰時。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的南京农业大学 操作系统课程设计的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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