操作系统课程设计.zip

操作系统是计算机科学中的核心课程，它负责管理计算机的硬件资源，包括处理机、内存和外存等，并为用户提供服务，使用户能够高效地执行各种任务。在这个“操作系统课程设计”项目中，我们聚焦于两个关键的子系统：处理机调度和主存储器的分配与回收。以下是关于这两个主题的详细讨论。 **处理机调度** 处理机调度是操作系统内核的重要功能之一，它的主要任务是决定哪个进程在何时获得CPU执行。在这个实验中，设计了一个基于优先数的调度算法。优先数调度算法是一种常见的策略，它根据进程的优先级来决定执行顺序。优先级高的进程更有可能被选择运行，以确保紧迫或重要的任务得到及时处理。 1. **优先数调度算法的工作原理** - 进程创建时，会被赋予一个优先级，通常可以通过用户指定或者系统动态计算。 - 高优先级进程优先获得CPU，当没有高优先级进程可执行时，才会切换到低优先级进程。 - 可能存在优先级反转和优先级继承等问题，需要通过适当策略解决，以避免死锁和饥饿现象。 2. **调度算法的实现** - 设计一个调度器，用于接收新进程并根据优先级进行排序。 - 实现调度循环，检查就绪队列，选择最高优先级的进程。 - 在上下文切换时保存和恢复上下文，确保进程状态的正确切换。 3. **优化考虑** - 动态优先级调整：允许根据进程行为（如等待时间、执行时间）动态调整优先级。 - 防止优先级反转：如使用优先级继承或限时等待策略。 - 平衡响应时间和吞吐量：不同应用对实时性和效率的需求不同，需要在调度策略上进行权衡。 **主存储器分配与回收** 主存储器，即RAM，是计算机中速度最快的存储介质，用于存放当前运行的程序和数据。内存管理主要包括内存分配、回收和保护。 1. **内存分配** - 静态分配：在程序编译时确定内存需求，分配固定大小的内存区域。 - 动态分配：运行时根据进程实际需求分配内存，灵活且节省空间。 2. **内存回收** - 堆管理：用于动态分配的内存，使用垃圾回收机制自动回收不再使用的内存。 - 栈管理：函数调用时分配，函数结束时自动回收，遵循LIFO（后进先出）原则。 3. **内存保护** - 为每个进程分配独立的地址空间，防止进程间的内存冲突。 - 使用页表或段表等机制，实现访问权限控制，防止非法访问。 4. **内存碎片问题** - 内部碎片：分配给进程的空间大于实际需要，未使用部分无法再分配。 - 外部碎片：可用内存块太小，无法满足大进程需求。 通过这个课程设计，学生将深入理解操作系统的内部运作，尤其是处理机调度和内存管理这两方面，这对于理解和开发高效、稳定的系统至关重要。在实验报告中，会详细记录实现过程、遇到的问题及解决方案，为后续的学习和实践提供宝贵的参考。