- 实验目的
- 通过对处理机调度、基本存储管理、作业进程控制算法的模拟，进一步加深对进程概念、作业概念的理解。深入了解批处理系统如何组织作业、管理作业和调度作业。
- 实验内容
- 主要涵盖三大方面：1. 处理机调度，2. 基本存储管理， 3. 作业进程控制。
处理机调度：
处理机调度包括作业调度和进程调度两个部。作业调度采用高响应比优先调度算法，进程调度采用抢占式优先级调度算法。
基本存储管理：
基本存储管理采用分页式管理方式。使用位示图来记录内存使用情况，使用表来管理的分配情况。
作业进程控制：
- 包括作业控制和进程控制两部分。作业控制指1.作业调入内存，2. 作业撤离内存。进程控制指1.进程创建，2.进程销毁，3.进程阻塞，4.进程唤醒。
- 为了真实模拟计算机的运作，我们的进程是可以正是运行的。运行方式是根据我们自定义的指令集来运作。当然，我们也做了申请资源模拟，银行家算法自然不能缺少。
- 实验环境
- 表1 软件环境及配置说明
- 系统分析与设计
- 数据结构
- JCB，PCB的链接组织方式
- JCB有2条队列：后备队列和运行队列。
- PCB有4条队列：空闲队列、就绪队列、运行队列、阻塞队列。
- 队列是单链表队列。
- 对JCB来说，2条队列是独立的，每个节点都是动态分配的。对PCB来说，所有节点都是系统已经分配好的，用一个数组来存储这些节点。
- 页表
- 页表是一个顺序表，大小为内存块数量，每个进程都拥有一项页表。顺序表的下标代表作业的页号，内容代表该页号对应的内存块号。
- 位视图
- 位视图是一个顺序表，大小为内存块数量/8，一位代表一个内存块。字节号i位号j代表编号为i*8+j的内存块。
- 银行家算法相关数据结构
- 算法设计
- 作业高响应比调度
最高响应比优先是介于FCFS和SJF的一种综合平衡，每当要进行作业调度时，系统循环遍历一遍后备队列，对每一个内存可以容纳的作业计算此刻的响应比，找出响应比最大的作业，然后将该作业调入内存。
进程优先级调度
就绪队列按优先级排序，头进行即是要调度的进程。
作业调入内存
- 作业指的是程序文件。作业分页，内存分块。
- 先到位视图找到并占有空闲的内存块
- 把占据的内存块写到对应的页表中
- 把作业的一页重定位到内存中并写入
- 作业撤离内存
只需要把该作业占据的位视图置0
进程创建
- 创建进程就是创建JCB控制块。
- 判断系统有无空闲PCB
- 从空闲PCB队列取出一个PCB，并给其成员赋值
- 计算进程需要的最大资源需求量
- 把进程插到就绪队列等待运行
- 进程销毁
功能：销毁一个进程，回收它所占据的所有资源。并调度作业和唤醒进程
流程：
- 销毁作业，释放内存。触发作业调度，从后备队列调度作业
- 释放占据的资源。触发进程唤醒，从阻塞队列唤醒进程
- 把进程插到空闲PCB队列
- 进程阻塞
功能：把进程阻塞起来，插到阻塞队列
流程：
根据优先级把进程插到阻塞队列合适的位置
进程唤醒
功能：唤醒阻塞的进程，并把它们插到就绪队列等待运行
流程：
- 对每一个阻塞的进程执行下列步骤
- 假如唤醒该进程，用银行家算法检测系统安全状态。
- 如果检测通过，则唤醒该进程并分配资源然后插到就绪队列
- 如果没通过，则继续阻塞，判断下一个阻塞进程
- 银行家、安全检测算法
- 首先设Request是进程Pi的请求向量。Request [ j ]=m，表示Pi这次需要m个RJ资源。然后执行
- 如果Requesti>Needi，进程PI的本次请求超过了它宣布的最大值，系统则拒绝分配，return false。
- 如果Requesti > Available，表明系统当前可用资源不能满足pi的资源请求，应推迟分配，将Pi阻塞等待。
- 如果（1）（2）执行通过，则表明该进程可以进入下一步，尝试性的分配资源。
- Available = Available – Request；
- Allocation = Allocation+ Request；
- Need = Need - Request ；
调用安全性算法security()，测试系统是否安全。如果返回值为1，表示系统是安全的，则就此完成分配，返回成功信息；否则表示系统不安全，将第3步的分配方案作废，让进程i等待。其中引入一个工作向量Free，存放不断变化的可用资源。还引入了标志向量Finish，当Finish[ i ] =true，表示进程Pi已通过安全检测，否则表示未通过。
进程模拟运行s
技术难点
进程唤醒：
当进程释放资源是，系统执行唤醒进程操作。系统保留着每一个阻塞的资源申请了，假设把阻塞进程插到就绪队列，然后进行银行家算法进程安全检测，若检测通过，就地分配资源，若没有插回到就绪队列。
系统运行演示
系统初始化
创建系统作业
就绪队列存在作业，开始进程调度
取指令进行运行
运行创建作业的指令
若内存充足，则将作业调入内存创建进程并放入就绪队列
…（省略相似操作）
时间片到时切换进程
从就绪队列中取优先级最高的进程继续运行
…（省略相似操作）
进程运行完毕，销毁进程，释放内存
内存回收后触发高级调度
…（省略相似操作）
当进程请求资源，调用银行家算法进行检测
…（省略相似操作）
当资源分配失败时，进程进入阻塞队列
…（省略相似操作）
若阻塞队列不为空，则内存回收后再次尝试对阻塞队列里的进程进行资源试分配
…（省略相似操作）
当所有作业运行完毕，释放系统资源
实验总结
在这次实验里，我们制作了一个综合性的操作系统，令我们对操作系统的大致原理与思路有了更深的理解，操作系统各个部分之间是如何协调运作的，是如何调度硬件完成工作的，作业在操作系统中要经过多少流程才能够最终运行完毕，其在各个阶段的状态与运行情况等。在实现中我们尽量规范工整地进行代码的设计，各种变量名，函数名，缩进等编码习惯都有统一的规范，在程序的结构上尽量靠近真实的情况去模拟，操作系统有自定义的指令集，作业中有对应的指令，内存使用一维数组来模拟，创建进程时将作业调入数组，运行时从数组中读取等。在设计与实现过程中提高了我们的团队协作能力，让我们懂得了如何去合理地进行任务的分配，分工合作来完成这个系统。
系统中也存在不足的地方，通过老师的讲解我们知道了不应该限制JCB的个数，让我们了解到了自己的错误，使我们更正了设计时的错误，对操作系统的理解有了新的认识。
光靠书本上的知识并不足以让我们去掌握操作系统这门课程，只有通过结合实际的实验，自己去实现其中的细节，才能够深刻地了解到其中的流程，特别是综合性的实验，各个环节之间的关系以及执行顺序都是需要深思熟虑的。这次实验，使我们受益匪浅，让我们对计算机的理解更进一步，了解了程序是如何在计算机中运行的，提高了我们的编程思维和能力，获益良多！
完整的代码+实验报告：
