操作系统课程设计报告内容.docx

操作系统课程设计报告
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1 设计目标

编写并调试一个多进程共行的进程调度程序，以加深对进程调度的理解
要求1：高于实验：
至少有四种以上的进程调度程序供选择；
每个进程由进程控制块表示，进程控制块至少包含6个信息项；
设计一个实用的用户界面，以便选用不同的进程调度算法；
要求2：独立运行：
有能脱离外部API、支持库及操作系统运行的可能性；

2 可行性分析

2.1 经济可行性

开始撰写本文档的日期为2011年12月19日，作业提交截止时间为2012年1月3日，因而时间充足，经济上可行。

2.2 技术可行性

经过一个对计算机操作系统学期的学习以及之前对汇编、C语言、数据结构等科目学习的知识积累，从技术角度看来，设计中的各项要求均有目前所知的技术能实现的应对方案，技术方面可行。

2.3 法律可行性

拟将采用的算法均为公共版权的算法，此外将参考开放源代码的Linux早期版本源代码及Minix早期版本的源代码，可能有部分数据结构或函数引用，因本设计不用于商业用途并将在相应代码上保留原作者信息等荣誉行注释，符合GPL及BSD许可证要求，开发过程所用操作系统及工具均为可免费使用的工具（包括Ubuntu、GCC、NASM、Vim、Bochs、Qemu、VirtualBox、LibreOffice等），法律上可行。

3 需求分析

3.1 概要分析

根据设计目标的要求1，需要设计的调度程序包含用户界面、相应的数据结构和用户控制函数、内部调度函数，其中内部调度函数中包含至少四种基于不同调度算法的方法，数据结构至少包含一个不少于六个信息项的进程控制块数据结构，用户界面部分包括可供用户选择调度算法的功能模块。
根据设计目标的要求2，程序将不能依靠任何操作系统中的库函数、API实现，因而程序将设计为基于X86兼容机的系统程序，并按照相关协议让程序直接由计算机的BIOS引导加载，使程序能在主流X86虚拟机软件中完整运行。
根据“编写并调试一个多进程共行的进程调度程序，以加深对进程调度的理解”的要求及上述分析，初步确定设计一个严格按照操作系统运行环境运行的调度演示程序，并且每个接受调度的进程拥有自己的进程体及进程体程序，并设计能让进程主动通讯，从加深对操作系统这门课程的角度出发，考虑设计中包含对操作系统一课的大部分内容的应用。

3.2 服务流程

3.3 服务ER图

4 概要设计

基于需求分析（见第三部分需求分析），先设计程序如下：
1、最终生成的程序存放于一个1.44M的磁盘映像文件中，此文件可直接写入到3.5英寸1.44M软磁盘中；
2、上述磁盘镜像可直接用主流X86虚拟机软件（包括VirtualBox、VMWare等）加载运行主程序；
3、基于以上两点，本课程设计将包括磁盘引导区MBR程序及主体程序分别用于引导主体程序及进程调度演示；
4、从上述几点出发，同时为了顺便深入学习一下操作系统的文件系统实现等内容，本设计将包含两部分：其一为十六位实模式磁盘操作系统用于MBR引导及软磁盘本身存储管理，软磁盘文件系统采用FAT12；其二为保护模式下的多进程系统（一个简易操作系统），即主体程序，将由十六位实模式磁盘操作系统引导加载；
5、面向用户概要设计为：用户把磁盘塞进计算机（或把磁盘映像放进虚拟机）后，启动计算机，计算机将从软磁盘引导，首先进入到一个磁盘操作系统中，在此磁盘操作系统中通过简单选择或者命令输入将进入进程调度主程序界面，再次界面中可完成进程管理、进程控制以及进程调度管理操作。
6、综上，本设计为一个实模式磁盘操作系统和一个多进程的简易操作系统（如下图）：

4.1 进程调度演示系统整体模型

整体模型层次图如下图：

4.2 实模式软磁盘操作系统模型

模型概要：

如上图所示，对于用户来说，引导进入进程调度系统的引导程序在磁盘中以文件形式静态存在，用户通过操作磁盘操作系统运行引导程序，而对于引导程序来说，实现引导也必须依赖于磁盘操作系统内建的操作系统中断实现读取作为单独文件存放的多进程调度系统内核。
（之所以分开两个文件存放，是因为多进程调度系统设计由C和汇编语言编写并编译为ELF结构文件，读入内存后还必须进行内存分页后按入口地址组织等操作。）
而对于用户来说，磁盘操作系统的内容只包括显示输出的内容和键盘操作的部分，文件系统的实现、显存操作、中断处理等部分均对其透明。
对于此系统而言，程序由实模式操作系统的引导程序从磁盘映像中读取到内存中执行，而读取到内存的操作需要定位到程序主体在磁盘中的存放位置，这就需要对文件系统进行初步的操作，因此，此系统首先是基于文件系统的。
综上，此程序主体为：文件系统、中断系统、用户终端（显示输出及键盘操作）；

4.2.