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[课程设计] 《操作系统2》简单操作系统模拟 My attempt to simulate an operating system. Process scheduling, deadlock protection, shell etc.

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Comment:只恨自己对操作系统了解不够深入,很多地方还在瞎写。

要求

  • 调度算法(个人)
  • 死锁避免(个人)
  • 分页管理(小组)
  • 文件目录(小组)
  • *内存分配
  • Shell (个人)

exp1-2

使用C++模拟一个进程的调度和执行

目前实现的功能

  • Process、Job与Process Controller Block的实现
  • CPU:基于PCB*链表的进程控制
  • CPU:时钟控制,空闲时busy waiting
  • 中断:支持进程主动中断,进行上下文切换。支持调度中断。
  • 调度算法:FCFS(非抢占)、修改的SJF(抢占)、RR(按时间片)
  • 死锁检测:不检测死锁、预防死锁(按优先级释放资源)

自定目标

  • 不使用复杂的数据结构,尽可能只是用链表、数组、队列、栈等基本数据结构,最多使用std::vector
  • 不使用不可实现的算法(对比用除外),如各类预知未来的算法(银行家,SJF等)
  • 尽可能真实的模拟操作系统的一些方面,从最实际的角度思考问题

代码实现的简要说明

  • 设计Event.h事件类。包含事件名称,事件起始时间(即进程运行到第几个时间片触发),需求得不到相应的中断时间长度。如果事件为请求系统资源,需要包含请求资源量。
  • 设计JOB.h作业类。包含作业名,创建时间,作业完成需要的时长,作业运行中产生的事件(Event),优先级(如果是优先级相关的调度算法需要暂存优先级)
  • 设计Process.h进程类。包含进程名,创建时间,进程完成需要的时长,进程运行中产生的事件(Event),进程已经运行的时间,进程阻塞的时长,进程已经获得的资源。其中进程完成需要的时长对CPU透明(不预知未来)。
  • 设计PCBControl.h进程队列类。包含一个PCB*的链表。封装了在进程队列中插入进程和释放进程的方法。
  • 设计scheduling.h作业调度算法。根据现有进程PCB*和就绪进程选取下一个进程。
    • FCFS(非抢占):如果现有进程非空,则继续选择现有进程,否则选取最早创建的进程
    • 修改的SJF(抢占):选取运行时间最少的进程
    • RR:如果现有进程非空,则轮转调度选取下一个进程,否则选取第一个进程(如果有)
  • 设计DeadLock.h死锁避免算法。根据系统资源向量(总量和当前),决策是否允许分配、返回进程的资源释放向量
    • 无保护:进程永远不释放已有资源;永远允许资源分配
    • 预防死锁(按优先级释放资源):为资源设计优先级,如果进程在拥有高优先级资源的时候申请低优先级资源,则它需要先释放所有更高优先级的资源。
  • 设计CPU.h**处理器类。包含CPU的基本信息(资源向量、调度算法逻辑、死锁避免逻辑、作业队列、进程就绪队列、进程阻塞队列、进程完成队列、一个存放当前运行进程地址的寄存器)。在每个时钟信号中:
    • 检查是否有新的作业进入,如果有则为其创建进程和PCB,并插入就绪队列
    • 根据作业调度算法提供的接口,获取下一个运行的进程,如果没有这样的进程(即就绪队列为空),则忙等,否则,运行该进程一个时间片,期间:
      • 如果该进程提出了资源分配请求,则根据死锁检测算法提供的接口判断是否分配资源
        • 如果许可分配资源,则先根据死锁检测算法提供的接口释放资源(如果有必要),再分配资源并修改相应资源分配信息
        • 如果驳回,则将进程放入阻塞队列
      • 如果进程提出其他主动中断,则将进程放入阻塞队列
      • 如果该时间片正常完成(没有请求或申请资源受到许可),则将其运行时间加一。若进程运行完成,释放相应资源,将其放入完成队列;否则放入就绪队列
    • 检查阻塞队列,将完成阻塞的进程重新放回就绪队列
    • 运行下一个时间片

exp8

使用C++在windows下实现Linux的shell的一些基本指令

目前实现的功能

  • 简单的语法分析
    • 自左向右按空格分割
    • 但对双引号进行匹配(如 echo "hello world" 不会分割成三部分)
    • 捕获非法指令
    • 捕获缺少参数的指令
    • 捕获不合法的路径名
    • 捕获双引号不对齐的指令
    • 不支持括号语法
  • 简单的界面
    • 展示当前用户和计算机名
    • 简单的语法高亮
      • 用户和计算机名高亮
      • 当前路径高亮
      • 指令高亮
      • 输出结果高亮
      • 错误高亮
  • 实现shell一部分经典指令(但都不允许额外参数"-?")
    • echo: 复读机
    • clear: 清屏
    • ls: 目录下文件
    • cd: 改变工作目录
      • 使用 \ 而非 /,支持相对路径和绝对路径,不区分大小写
      • shell对路径本身就比较宽松,比如 cd .cd ./cd ..cd ../cd ../././.
      • 特性: 支持 cd .\..\..\.cd ....... 等形式,虽然后者在语法多义性的考量上应该被禁止
    • cat: 文件复读机
    • mkdir: 创建新文件夹
    • rmdir: 删除空文件夹
    • touch: 创建新文件
    • rm: 删除文件
    • >: 输出重定向
    • >>: 输出重定向,追加模式
    • PATH\NAME.exe: 执行PATH路径下的可执行程序NAME.exe
    • exit: 退出

自定目标

  • 没时间了随便写写吧
  • 没重大bug就行,有特性就不修了

代码实现的简要说明

代码写得很烂,自己都不想看第二遍

  • 设计shell.h类,实现了主体循环,异常捕获
  • 设计command.h类,进行语法分析,异常捕获和抛出
  • 设计cmds.h类,具体实现每一个指令,异常抛出

一些库函数和系统调用

  • 使用windows.h函数库,以获取用户名、计算机名
  • 使用dirent.h实现目录操作和文件操作
  • 使用windows command实现清屏,执行可执行程序等

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Languages

Language:C++ 100.0%