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文本内容:
河南城建学院《操作系统原理》课程设计任务书班级0834131专业信息管理与信息技术本科课程名称操作系统原理指导教师魏新红计算机科学与工程学院2015年12月《操作系统》课程设计任务书编写魏新红审核张玉花课程编码0801510课程名称操作系统原理适用专业信息管理与信息技术学时36考核方式考查学分2先修课程数据结构,C语言设计时间第5学期第15-16周
一、设计时间及地点
1、设计时间本课程设计时间为2周,安排在第5学期期末最后2个教学周进行,上午8:00-12:00,下午14:00-15:45设计周的最后一天为验收时间,每个人都要对设计结果进行答辩,指导教师根据评分标准给出设计成绩
2、设计地点设计地点为计算机系实验中心10#A301,如有变动另行通知
3、设计时间安排具体的设计时间和地点安排详见附表1
二、设计目的和要求
1、设计目的学习计算机软件技术,特别是计算机操作系统技术,除了需要刻苦努力外,还需要掌握软件和操作系统的原理与设计技巧如何学习和掌握操作系统技术的原理与实际技巧呢除了听课和读书之外,最好的方法恐怕就是在实践中练习例如,自己设计一个小型操作系统,多使用操作系统,多阅读和分析操作源代码等但由于我们的条件和学时有限,在理论学习过程中没有给同学们提供更多的实验机会本操作系统课程设计,是给同学提供一个集中实验的机会希望同学们通过该设计加深对所学习课程的理解
2、设计要求1纪律要求设计期间必须在机房或教室,时间上午8:00-12:00,下午14:00-15:45不得迟到、早退,有事请假,不得无故旷课,缺课超过总学时的1/3者,不得参与答辩,并以不及格论处1严格遵循软件实习和课程设计的有关安排,按时完成设计任务2严格遵守学校的纪律和机房各项管理规定3严格请假制度,需请假时请假需要有__员签字的假条,且必须经指导老师批准2技术要求按软件工程的思想和方法进行设计,并把它作为一个工程来做设计的每一步都有要形成文档,“成品”出来以后要有使用说明书和测试报告最后按院方统一要求整理出软件实习“论文”,并分别以电子和书面文档的形式上交最后,设计的程序要编译通过,并在验收时进行演示本设计的内容是基于《计算机操作系统》教材和课堂讲授内容的,但同学们必须对以前的《C语言程序设计》和《数据结构》等内容进行认真的复习设计过程所使用的技术或函数等都是课堂中所学到的UNIX系统调用,使用操作系统环境是RedHatLinux9,言语__环境是Linux的GNUC或C++要求课程设计者对Linux操作系统和GNUC或C++有一定的了解
三、设计题目和内容
1、图书管理系统以UNIX系统文件部分系统调用为基础设计一个简易的图书管理系统要求实现图书的录入、查询、借阅、清理、统计等功能、还要实现对每天的借阅情况进行统计并打印出统计报表,操作界面要尽量完善图书资料信息必须保存在文件中
2、__通信与进程控制l进程的创建编写一段程序,使用系统调用fork创建两个或多个子进程当此程序运行时,在系统中有一个父进程和其余为子进程在活动2进程的控制在程序中使用系统调用lockf来给每一个进程加锁,实现进程之间的互斥3进程通信
①软中断通信;
②在程序中使用实例signalSIGINT,SIG_IGN和signalSIGQUIT,SIG_IGN进行通信操作,观察执行结果,并分析原因4软中断的捕获与重定义首先定义一个服务函数function,然后利用signalsig,function系统调用来实现中断的捕获与改道5使用操作系统保留给用户的__SIGUSR1和SIGUSR2进行通信6扩展程序,使之成为__或__驱动的应用程序
3、进程间通信IPC消息机制1消息的创建、发送和接收使用系统调用msgget,msgsnd,msgget,及ms__tl编制一长度为1K的消息发送和接收的程序1)为了便于操作和观察结果,用一个程序作为“引子”,先后fork两个子进程,SERVER和CLIENT,进行通信SERVER和CLIENT也可分别为2个各自__的程序2)SERVER端建立一个Key为175的消息队列,等待其他进程发来的消息当遇到类型为1的消息,则作为结束__,取消该队列,并退出SERVERSERVER每接收到一个消息后显示一句“serverre__ived”3)CLIENT端使用key为175的消息队列,先后发送类型从10到1的消息,然后退出最后的一个消息,即是SERVER端需要的结束__CLIENT每发送一条消息后显示一句“clientsent”4)父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束
(2)功能扩展在sever端创建一个服务函数,从而实现C/S通讯要求SERVER每接收到一次数据后不仅仅显示“serverre__ived”,而是做一些其它事情,比如读取或查询某个文件,或者执行一个shell命令等此功能可由设计者自己定义在此基础上可以扩展客户端,比如设计一个菜单界面,接收不同的选项,并发送到服务器端,请求对方提供服务
4、进程间通信IPC共享内存机制1共享存储区的创建,附接和断接使用系统调用shmget,sh__t,msgdt,shmctl,编制一长度为1K的消息发送和接收的程序1)为了便于操作和观察结果,用一个程序作为“引子”,先后fork两个子进程,SERVER和CLIENT,进行通信SERVER和CLIENT也可分别为2个各自__的程序2)SERVER端建立一个Key为375的共享区,并将第一个字节置为-1,作为数据空的标志,等待其他进程发来的消息当该字节的值发生变化时,表示收到了信息,并进行处理然后再次把它的值设为-1如果遇到的值为0,则视为结束__,取消该队列,并退出SERVERSERVER每接收到一次数据后显示“serverre__ived”3)CLIENT端建立一个Key为375的共享区,当共享取得第一个字节为-1时,SERVER端空闲,可发送请求CLIENT随即填入9到0期间等待Server端的再次空闲进行完这些操作后,CLIENT退出CLIENT每发送一次数据后显示“clientsent”4)父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束
(2)功能扩展在sever端创建一个服务函数,从而形成C/S通讯模式要求SERVER每接收到一次数据后不仅仅显示“serverre__ived”,而是做一些其它事情,比如读取或查询某个文件等此功能可由设计者自己定义在此基础上可以扩展客户端,比如设计一个菜单界面,接收不同的选项,并发送到服务器端,请求对方提供服务
5、文件加密存储利用文件系统的系统调用编程对文件的内容进行加、解密要求程序从环境的命令行携带4个参数第一个是文件名,第二个是操作方式,第三个是密钥,第四个是加密钥循环使用长度其中后两个参数是可以忽略,但对忽略的情况要提供缺省值要求最后实现对文件的加密转储,或通过改道的办法进行转储对于已加密的文件可以进行解密显示或解密后转储形成加密或解密文件后要删除原来的文件建议加密过程使用按字符进行异或的方式处理,也可以是仿射加密方式,比如把所有的字符做一个平移变换A-A+C(A为任意字母表中的字母,C为常数,为了防止越界或溢出,可以改造其为A-(A+C)MOD256),这里要提醒的是,要注意逆变换建议,设计者也提供自己的加密方式
6、存储管理存储管理的主要功能之一是合理地分配空间请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术本设计的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计,了解虚拟存储技术的特点,掌握请求页式存储管理的页面置换算法要求1通过随机数产生一个指令序列,共320条指令指令的地址按下述原则生成
①50%的指令是顺序执行的;
②25%的指令是均匀分布在前地址部分;
③25%的指令是均匀分布在后地址部分具体的实施方法是
①在[0,319]的指令地址之间随机选取一起点m;
②顺序执行一条指令,即执行地址为m+l的指令;
③在前地址[0,m+1]中随机选取一条指令并执行,该指令的地址为m’;
④顺序执行一条指令,其地址为m’+1;
⑤在后地址[m’+2,319]中随机选取一条指令并执行;
⑥重复上述步骤
①~
⑤,直到执行320次指令2将指令序列变换成为页地址流设:
①页面大小为1K;
②用户内存容量为4页到32页;
③用户虚存容量为32K在用户虚存中,按每页存放10条指令排列虚存地址,即320条指令在虚存中的存放方式为第0条~第9条指令为第0页对应虚存地址为[0,9];第10条~第19条指令为第1页对应虚存地址为[10,19];………第310条~第319条指令为第31页对应虚存地址为[310,319]按以上方式,用户指令可组成32页3计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率(要为以下各种算法定义数据结构)
①先进先出的算法FIFO;
②最近最少使用算法LRU;
③最近最不经常使用算法NUR/NRU/CLOCK命中率=1-页面失效次数/页地址流长度在本设计中,页地址流长度为320,页面失效次数为每次访问相应指令时,该指令所对应的页不在内存的次数4关于随机数产生办法,Linux/UNIX系统提供函数srand()和rand(),分别进行初始化和产生随机数例如:srand语句可初始化一个随机数a
[0]=10*rand/32767*319+1,a
[1]=10*rand/32767*a
[0];………语句可用来产生a
[0]、a
[1]、…中的随机数
7、shell程序模拟设计shell是UNIX系统的命令解释程序Shell的基本功能是命令解释执行、shell编程、系统环境设置、文件名替换、I/O重定向、连通管道建立试按照shell程序的基本功能,利用UNIX系统提供的进程控制的系统调用,设计一个程序来模拟shell功能要求至少要做到1)从终端键盘接收命令,若是合法,则执行之;2)设置一条内部命令,比如print,用于显示被执行命令的返回状态和它自己的参数;3)实现shell命令替换
8、Windows文件系统分析在Linux系统下,使用与文件相关的系统调用实现对物理设备文件的读写,参照Linux系统源代码,对不同介质上的FAT格式文件系统进行分析要求在Linux环境下设计出C语言程序,实现以下功能1)分析DOS/Windows系统引导记录DBR(DOSBootRecord)和引导机制;2)通过DBR中的BPB(BIOSParameterBlock)信息分析,构建相关信息的数据结构,比较FAT
16、FAT32和VFAT等文件系统的区别与__3)至少要实现对给出第一FAT入口文件的只读访问4)建议根据文件名读取文件
9、UNIX/Linux文件系统分析在Linux系统下,使用与文件相关的系统调用实现对物理设备文件的读写,参照Linux系统源代码以及Grub系统的源代码,对不同介质上的FAT格式文件系统进行分析要求在Linux环境下设计出C语言程序,实现以下功能1)分析UNIXSysV/Linux系统引导记录的作用;2)分析UNIXSysV/Linux的超级块及其结构,并建立相关数据结构,通过编程实现UNIXSysV/Linux文件系统内各部分的定位3)至少要实现对给定i节点文件的只读访问4)建议根据文件名读取文件
四、设计方法和步骤
1、设计方法在Linux环境下,使用GNUC或GNUC++,结合与各自题目相关的系统调用进行__设计必要时可在UNIX/Linux__ke__工具的的管理和控制下进行
2、__步骤1规划设计;2编写代码;3上机调试测试;4书写打印并提交文档
五、设计成果的编制
1、设计成果的编制设计时间为两周,设计结束时,每个同学必须按规定提交一套完整的设计说明或论文,并分别以电子和纸质形式提交给指导教师文档格式要求按软件工程的要求和方法形成,包括你的设计思路和设计方案、设计框图、代码、执行结果和结果分析等,论文不合要求或抄袭程序或报告者以零分计
2、论文正文要求在WORD下进行排版并打印报告,一律用A4大小的纸张,并严格按照统一封面进行填写和打印1)正文格式要求为
(1)论文主标题3#字黑体,居中;
(2)副标题4#字黑体,居中;
(3)论文内各标题4#黑体(根据需要可左对齐,也可左缩进2字符);
(4)正文宋体小4#字,(正文中代码5#字);
(5)____楷体5#字;
(6)注释一律采用脚注,宋体5#;
(7)全文(除标题外)一律行首缩进2字符;
(8)左对齐,全文左右缩进为0,段前、段后为0,
1.25倍行距2)正文内容1前言;2目录;3系统环境(硬件环境、软件环境);4设计目的;5总体设计(程序设计组成框图、流程图、类图);6详细设计(模块功能说明(如函数功能、入口及出口参数说明,函数调用关系描述等));7调试与测试调试方法,测试结果的分析与讨论,测试过程中遇到的主要问题及采取的解决措施;8设计中遇到的问题及解决方法;9源程序清单和执行结果及分析,清单中应有足够的注释;10总结,收获与体会;11____
3、封面的内容具体格式见附件2(封面)设计者必须严格按照附件2的格式制作封面,可以按相同的字型字号字体在空白处填写与自己及设计相关的内容,不得挪动位置或重新排版
4、软件的提供本设计需提供源程序,并能正常运行注对于程序中未能实现的部分需要加以说明对于程序中所参考的部分代码需要加以声明,并说明出处
六、评分标准及成绩评定根据学生在本设计中的表现、设计的成果及答辩的好坏给出个人成绩,成绩的等次分为优秀、良好、中等、及格、不及格要求每个同学对本组设计的整个系统都要熟悉,系统的所有内容都为答辩内容优秀软件实习中所编制的程序功能多、界面友好、美观、程序运行稳定答辩时能够较好的回答指导老师提出的问题良好软件实习中所编制的程序功能较多、界面友好、能够正常运行答辩时基本能够回答指导老师提出的问题中等平时成绩一般,软件实习所编制的程序功能一般、界面一般,能运行,答辩时只能回答指导老师提出的部分问题及格平时成绩一般,软件实习中所编制的程序功能不足,能运行,答辩时只能回答指导老师提出的部分问题不及格违犯设计纪律,或设计没有完成,或没有完整的符合标准的文档,软件没有基本实现设计方案,或设计方案不正确,或答辩时不能回答老师提出的问题程序运行流畅,结果正确,界面友好,且有创新者,成绩提高一个档次
七、设计指导教师及分组情况
1、每个班按题目数分为10组,组内指定一名组长,根据设计要求搞好组内的分工协作每个组可以选择10个题目中的一个,进行具体实施
2、参与本程序设计的教师负责设计学生的技术指导和纪律等方面的管理工作根据实际需要每教师负责若干组的指导工作
3、分组情况(见附件3操作系统课程设计分组表)
4、具体上机安排请参见附件1附件1设计、指导和上机时间安排表
一、设计指导教师__时间安排按教学计划安排,操作系统课程设计时间为第15-16周周一上午设计开始周五上午答辩开始,且周五当天必须答辩完毕答辩前要调通课程设计的程序并准备好文档(说明书或论文)要求设计文档必须符合院统一格式要求(参见设计成果的编制部分)上机地点在实验中心10#A301,若遇其它班级有实验或上机课需要使用此机房,则设计人员要到寝室或图书馆学习设计时间如下表所示序号设计内容时间要求备注1布置设计任务十五周周一上午统一安排听课,集中讲解并按选题要求收集资料(10#A301)魏新红2方案、功能和代码等设计十五周周一下午方案、功能和代码等设计(图书馆或寝室)魏新红3代码设计与调试十五周周二上午代码设计与调试((图书馆或寝室)魏新红4代码设计与调试十五周周二下午代码设计与调试(10#A301)魏新红5代码设计与调测试十五周周三上午代码设计与调测试(图书馆或寝室)魏新红6代码设计与调测试十五周周三下午代码设计与调试(图书馆或寝室)魏新红7代码设计与调试十五周周四上午代码设计与调试(图书馆或寝室)魏新红8代码设计与调试十五周周四下午代码设计与调试(10#A301)魏新红9代码设计与调测试十五周周五上午代码设计与调试(图书馆或寝室)魏新红10代码设计与调测试十五周周五下午代码设计与调试(10#A301)魏新红11代码设计与调测试十六周周一上午代码设计与调试(10#A301)魏新红12代码设计与调测试十六周周一下午代码设计与调试(图书馆或寝室)魏新红13代码设计与调测试十六周周二上午代码设计与调试(图书馆或寝室)魏新红14代码设计与调测试十六周周二下午代码设计与调试(10#A301)魏新红15代码设计与调测试十六周周三上午代码设计与调试(图书馆或寝室)魏新红16代码设计与调测试十六周周三下午完成代码设计与调测试,并开始做文档写作与整理工作(10#A301)魏新红17代码设计与调测试,文档整理十六周周四上午完成代码设计与调测试,并开始做文档写作与整理工作(图书馆或寝室)魏新红18代码设计与调测试,文档整理十六周周四下午完成代码设计与调测试,并开始做文档写作与整理工作(10#A301)魏新红19答辩十六周周五上午12节答辩准备,答辩(10#A301)魏新红20文档整理十六周周五下午56节文档整理,答辩(10#A301)魏新红附表2操作系统原理课程设计分组表0834131指导教师魏新红地点10#A301组别组员题目123456789101112131415161718。