簡(jiǎn)介一份面向計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)源碼與報(bào)告包圍繞作業(yè)調(diào)度、內(nèi)存管理、進(jìn)程調(diào)度與進(jìn)程阻塞喚醒四個(gè)核心模塊展開。項(xiàng)目用隨機(jī)數(shù)初始化10個(gè)作業(yè)進(jìn)入后備隊(duì)列采用先來先服務(wù)FCFS完成作業(yè)調(diào)度內(nèi)存中最多駐留5個(gè)進(jìn)程處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程仍占用內(nèi)存就緒和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)程以時(shí)間片輪轉(zhuǎn)RR算法調(diào)度首次適應(yīng)FF算法負(fù)責(zé)內(nèi)存分配進(jìn)程結(jié)束時(shí)回收并合并空閑分區(qū)整體串成結(jié)構(gòu)清晰、模塊劃分明確的可直接運(yùn)行的控制臺(tái)演示程序。壓縮包共8個(gè)文件以4個(gè)Java源文件為主可直接導(dǎo)入IDE調(diào)試另附PDF與Word課設(shè)報(bào)告、Markdown說明和License文件便于閱讀設(shè)計(jì)、整理文檔。包體約1.28MB體量緊湊已有約259人學(xué)習(xí)下載適合操作系統(tǒng)課設(shè)參考算法組合、代碼框架與報(bào)告寫法。1. 基于 Java 的操作系統(tǒng)課設(shè)作業(yè)調(diào)度、內(nèi)存管理與進(jìn)程調(diào)度怎么串成一條線操作系統(tǒng)課設(shè)最怕的不是某個(gè)算法寫不出來而是作業(yè)調(diào)度、內(nèi)存管理、進(jìn)程調(diào)度各寫各的最后拼不到一起。這份基于 Java 的控制臺(tái)課設(shè)把 FCFS 作業(yè)調(diào)度、RR 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、FF 首次適應(yīng)內(nèi)存分配和進(jìn)程阻塞喚醒全部串在一條主流程里10 個(gè)隨機(jī)作業(yè)從后備隊(duì)列一步步走進(jìn)內(nèi)存、上 CPU、被阻塞、再被喚醒整個(gè)過程在控制臺(tái)就能看到。適合正在做操作系統(tǒng)課設(shè)、特別是“老師要求多個(gè)算法聯(lián)動(dòng)而不是單獨(dú)演示”的 Java 學(xué)生。我拆完源程序和報(bào)告后發(fā)現(xiàn)它最大的價(jià)值不是某個(gè)算法寫得漂亮而是把“作業(yè)調(diào)度 → 內(nèi)存分配 → 進(jìn)程調(diào)度 → 阻塞喚醒 → 內(nèi)存回收”這個(gè)完整閉環(huán)講清楚了。接下來按模塊拆開講每個(gè)部分都能直接照抄進(jìn)你自己的課設(shè)。2. FCFS 作業(yè)調(diào)度與后備隊(duì)列10 個(gè)作業(yè)怎么排隊(duì)進(jìn)內(nèi)存2.1 作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度為什么必須分開很多同學(xué)會(huì)把作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度混成同一個(gè)東西這是第一個(gè)認(rèn)知坎。作業(yè)調(diào)度也叫高級(jí)調(diào)度它決定的是“哪個(gè)作業(yè)能從磁盤后備隊(duì)列進(jìn)入內(nèi)存”進(jìn)程調(diào)度也叫低級(jí)調(diào)度它決定的是“內(nèi)存里已經(jīng)就緒的進(jìn)程下一個(gè)誰上 CPU”。這份課設(shè)的流程是先用隨機(jī)數(shù)生成 10 個(gè)作業(yè)放進(jìn)后備隊(duì)列作業(yè)調(diào)度采用 FCFS先來先服務(wù)每次從后備隊(duì)列頭部取一個(gè)作業(yè)但這個(gè)作業(yè)能不能進(jìn)內(nèi)存還要看內(nèi)存里并發(fā)進(jìn)程數(shù)是否達(dá)到上限。上限是 5 個(gè)。這里有個(gè)關(guān)鍵設(shè)定阻塞狀態(tài)的進(jìn)程依然占著內(nèi)存也就是說就緒、運(yùn)行、阻塞三種狀態(tài)的進(jìn)程數(shù)加起來最多是 5。我當(dāng)初第一次看這個(gè)設(shè)定覺得奇怪后來想明白了——這是在模擬“內(nèi)存空間被占用”的現(xiàn)實(shí)約束不是每個(gè)進(jìn)程都能立刻進(jìn)內(nèi)存。所以作業(yè)調(diào)度觸發(fā)時(shí)機(jī)有兩個(gè)一是初始時(shí)內(nèi)存為空按 FCFS 依次調(diào)入前 5 個(gè)作業(yè)二是某個(gè)進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束后釋放內(nèi)存再從后備隊(duì)列頭部補(bǔ)一個(gè)進(jìn)來。2.2 后備隊(duì)列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與隨機(jī)作業(yè)生成作業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)直接決定后續(xù)所有模塊怎么寫。先看作業(yè)實(shí)體類的核心字段public class Job { private int jobId; // 作業(yè)編號(hào) private int arrivalTime; // 到達(dá)時(shí)間 private int serviceTime; // 需要服務(wù)的總時(shí)間 private int memorySize; // 所需內(nèi)存大小 private int status; // 作業(yè)狀態(tài)0-后備 1-就緒 2-運(yùn)行 3-阻塞 4-完成 private int remainingTime; // 剩余服務(wù)時(shí)間RR調(diào)度要用 private int memoryStart; // 在內(nèi)存中的起始地址內(nèi)存分配后寫入 }隨機(jī)生成 10 個(gè)作業(yè)的代碼邏輯通常長這樣Random random new Random(); ListJob backlogQueue new ArrayList(); for (int i 1; i 10; i) { Job job new Job(); job.setJobId(i); job.setArrivalTime(i); // 簡(jiǎn)化處理第i個(gè)作業(yè)第i時(shí)刻到達(dá) job.setServiceTime(random.nextInt(20) 5); // 服務(wù)時(shí)間 5~24 job.setMemorySize(random.nextInt(80) 20); // 內(nèi)存需求 20~99 job.setStatus(0); // 后備狀態(tài) backlogQueue.add(job); } // 按到達(dá)時(shí)間排序保證FCFS的隊(duì)列順序 backlogQueue.sort(Comparator.comparingInt(Job::getArrivalTime));參數(shù)說明serviceTime 范圍設(shè) 5~24 是為了保證在時(shí)間片輪轉(zhuǎn)下能觀察到多次調(diào)度切換如果服務(wù)時(shí)間太短進(jìn)程一兩個(gè)時(shí)間片就跑完了輪轉(zhuǎn)效果不明顯。memorySize 范圍 20~99 是配合內(nèi)存總大小設(shè)計(jì)的如果內(nèi)存總量是 512這個(gè)區(qū)間能保證產(chǎn)生多種分配情況偶爾出現(xiàn)碎片。arrivalTime 用 i 而不是隨機(jī)值是為了讓 FCFS 的順序確定方便驗(yàn)證算法正確性——你不想在調(diào)試時(shí)分不清是調(diào)度算法錯(cuò)了還是隨機(jī)數(shù)導(dǎo)致的現(xiàn)象不穩(wěn)定。2.3 FCFS 調(diào)度主循環(huán)的寫法作業(yè)調(diào)度的主循環(huán)和進(jìn)程調(diào)度是嵌套關(guān)系外層循環(huán)負(fù)責(zé)從后備隊(duì)列調(diào)作業(yè)進(jìn)內(nèi)存內(nèi)層循環(huán)負(fù)責(zé)內(nèi)存中進(jìn)程的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)。核心邏輯while (!backlogQueue.isEmpty() || !runningProcesses.isEmpty()) { // 1. 檢查內(nèi)存中的進(jìn)程是否結(jié)束結(jié)束則回收內(nèi)存并嘗試調(diào)入新作業(yè) for (int i 0; i runningProcesses.size(); i) { Process proc runningProcesses.get(i); if (proc.getRemainingTime() 0) { memoryManager.release(proc); runningProcesses.remove(i); // 有進(jìn)程結(jié)束從后備隊(duì)列按FCFS調(diào)入新作業(yè) if (!backlogQueue.isEmpty()) { Job nextJob backlogQueue.remove(0); loadJobToMemory(nextJob); } } } // 2. 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度內(nèi)存中的進(jìn)程 Process current getNextProcessByRR(runningProcesses); if (current ! null) { current.setStatus(2); // 運(yùn)行 current.setRemainingTime(current.getRemainingTime() - timeSlice); memoryManager.allocate(current); // 3. 可能觸發(fā)阻塞條件模擬I/O等待 if (shouldBlock(current)) { current.setStatus(3); // 阻塞 blockedQueue.add(current); } } }這里有個(gè)很關(guān)鍵的細(xì)節(jié)進(jìn)程結(jié)束釋放內(nèi)存后不是立即從后備隊(duì)列調(diào)入作業(yè)而是要先做內(nèi)存回收、再觸發(fā)調(diào)入。順序不能反——先釋放內(nèi)存才能知道空閑分區(qū)有多大否則首次適應(yīng)算法拿到的分區(qū)表是過期的。另外注意 loadJobToMemory 內(nèi)部還要再做一次內(nèi)存分配檢查如果內(nèi)存不夠作業(yè)應(yīng)該留在后備隊(duì)列頭部而不是丟棄這就是所謂的“重新排隊(duì)”。2.4 作業(yè)調(diào)度模塊的驗(yàn)證方法調(diào)試作業(yè)調(diào)度最容易翻車的地方是“調(diào)入時(shí)機(jī)”和“并發(fā)數(shù)控制”。我給個(gè)自查清單初始時(shí)是否正確調(diào)入了 5 個(gè)作業(yè)內(nèi)存中進(jìn)程結(jié)束一個(gè)后后備隊(duì)列是否只補(bǔ)一個(gè)后備隊(duì)列為空時(shí)循環(huán)是否還在跑內(nèi)存里的進(jìn)程作業(yè)調(diào)入時(shí)并發(fā)數(shù)是否嚴(yán)格不超過 5。建議在每次作業(yè)調(diào)入或調(diào)出時(shí)打印一行日志格式類似[調(diào)度] 作業(yè)3 調(diào)入內(nèi)存當(dāng)前并發(fā)數(shù): 4/5這樣一眼就能看出調(diào)度節(jié)奏對(duì)不對(duì)。3. 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)與進(jìn)程狀態(tài)流轉(zhuǎn)阻塞是怎么插入調(diào)度周期的3.1 RR 調(diào)度中的就緒隊(duì)列與阻塞隊(duì)列劃分時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法的關(guān)鍵是你得維護(hù)的就緒隊(duì)列順序。這份課設(shè)里內(nèi)存中的進(jìn)程分成三態(tài)就緒、運(yùn)行、阻塞。運(yùn)行態(tài)在同一時(shí)刻只有一個(gè)就是當(dāng)前拿到 CPU 時(shí)間片的進(jìn)程阻塞態(tài)進(jìn)程在等待 I/O 或某個(gè)事件不參與輪轉(zhuǎn)就緒態(tài)排隊(duì)等 CPU。我建議用兩個(gè)隊(duì)列分別維護(hù)就緒和阻塞而不是用一個(gè)狀態(tài)字段硬扛否則輪轉(zhuǎn)一圈回來你都不知道誰該被跳過。RR 調(diào)度器的核心實(shí)現(xiàn)public Process getNextProcessByRR(ListProcess processes) { // 按上次運(yùn)行時(shí)間排序保證輪轉(zhuǎn)順序穩(wěn)定 processes.sort((p1, p2) - { if (p1.getLastRunTime() ! p2.getLastRunTime()) { return p1.getLastRunTime() - p2.getLastRunTime(); } return p1.getProcessId() - p2.getProcessId(); }); for (Process p : processes) { if (p.getStatus() 1) { // 就緒 p.setLastRunTime(System.currentTimeMillis()); return p; } } return null; // 沒有就緒進(jìn)程時(shí)CPU空轉(zhuǎn) }注意這個(gè)排序邏輯lastRunTime 記錄的是進(jìn)程上一次被調(diào)度的時(shí)間用當(dāng)前時(shí)間戳作為排序鍵能保證輪轉(zhuǎn)公平性。但如果是純控制臺(tái)模擬用時(shí)間戳?xí)屆看芜\(yùn)行結(jié)果都不一樣難以復(fù)現(xiàn) bug。我實(shí)際調(diào)試時(shí)改成計(jì)數(shù)器自增——每輪調(diào)度全局計(jì)數(shù)器 1lastRunTime 記錄的是第幾輪這樣日志可復(fù)現(xiàn)排查問題方便得多。這是課設(shè)里值得注意的一個(gè)細(xì)節(jié)。3.2 阻塞與喚醒的模擬策略阻塞在這份課設(shè)里是個(gè)重點(diǎn)它把進(jìn)程調(diào)度和作業(yè)調(diào)度連接起來了。常見的模擬方式是給每個(gè)進(jìn)程一個(gè)隨機(jī)阻塞概率運(yùn)行到某個(gè)時(shí)間點(diǎn)就進(jìn)入阻塞阻塞若干個(gè)時(shí)間片后自動(dòng)喚醒回到就緒隊(duì)列private boolean shouldBlock(Process p) { // 運(yùn)行了隨機(jī)時(shí)長后以一定概率模擬I/O阻塞 if (p.getStatus() 2 p.getRunTicks() p.getBlockAfter()) { return random.nextInt(100) 30; // 30%概率阻塞 } return false; }喚醒邏輯我建議寫在 RR 主循環(huán)的固定位置每輪調(diào)度先檢查阻塞隊(duì)列中是否有進(jìn)程阻塞時(shí)間已到到了就喚醒并放入就緒隊(duì)列尾部public void wakeUpBlockedProcesses() { IteratorProcess it blockedQueue.iterator(); while (it.hasNext()) { Process p it.next(); p.setBlockTime(p.getBlockTime() - 1); if (p.getBlockTime() 0) { p.setStatus(1); // 就緒 readyQueue.add(p); it.remove(); } } }這里有個(gè)隱藏坑喚醒的進(jìn)程應(yīng)該放到就緒隊(duì)列尾部還是頭部教材上通常說喚醒后進(jìn)入就緒隊(duì)列但沒說隊(duì)頭還是隊(duì)尾。按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的公平性應(yīng)該放尾部否則剛被喚醒的進(jìn)程插隊(duì)到老進(jìn)程前面輪轉(zhuǎn)就亂套了。我在這個(gè)點(diǎn)上栽過跟頭日志里看到某個(gè)進(jìn)程連續(xù)兩次拿 CPU 才發(fā)現(xiàn)是喚醒位置寫錯(cuò)了。3.3 總運(yùn)行時(shí)間片與切換次數(shù)的統(tǒng)計(jì)課設(shè)報(bào)告里一般要求分析調(diào)度算法的性能指標(biāo)。我在這份源碼的進(jìn)程類里加了一組統(tǒng)計(jì)字段首次運(yùn)行時(shí)間、完成時(shí)間、等待時(shí)間、周轉(zhuǎn)時(shí)間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間。等待時(shí)間累加在調(diào)度主循環(huán)里for (Process p : runningProcesses) { if (p.getStatus() ! 2) { // 非運(yùn)行態(tài)等待時(shí)間1 p.setWaitTime(p.getWaitTime() 1); } }等待時(shí)間的統(tǒng)計(jì)邏輯是每輪調(diào)度只給非運(yùn)行態(tài)進(jìn)程累加。注意阻塞時(shí)間算不算等待時(shí)間不同課設(shè)要求不一樣——有的老師算有的不算。我建議單獨(dú)統(tǒng)計(jì)阻塞等待時(shí)間和就緒等待時(shí)間報(bào)告里可以分開列。這樣答辯時(shí)老師問“阻塞對(duì)性能的影響”你能直接拿出數(shù)據(jù)。4. 首次適應(yīng)內(nèi)存分配與回收空閑分區(qū)鏈的邊界處理4.1 內(nèi)存分區(qū)表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與 FF 算法實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理模塊要維護(hù)一個(gè)空閑分區(qū)表和一個(gè)已分配分區(qū)表。首次適應(yīng)First Fit算法的核心是空閑分區(qū)按地址從小到大排序分配時(shí)從頭掃描找到第一個(gè)足夠大的分區(qū)就切割分配。代碼實(shí)現(xiàn)public MemoryBlock allocate(int size) { for (int i 0; i freeBlocks.size(); i) { MemoryBlock block freeBlocks.get(i); if (block.getSize() size) { // 分配從空閑塊中切出size大小 MemoryBlock allocated new MemoryBlock(block.getStart(), size); int remaining block.getSize() - size; if (remaining 0) { // 更新空閑塊為剩余部分 block.setStart(block.getStart() size); block.setSize(remaining); } else { // 正好用完直接從空閑鏈表移除 freeBlocks.remove(i); } return allocated; } } return null; // 內(nèi)存不足 }分區(qū)表用 ArrayList 保存空閑塊每次分配后需要重新按起始地址排序。注意“正好用完”這個(gè)分支很多實(shí)現(xiàn)會(huì)忽略恰好相等的情況導(dǎo)致空閑鏈表里殘留大小為 0 的空塊后面合并時(shí)出現(xiàn)下標(biāo)越界。這個(gè)邊界問題你遲早會(huì)遇到不如現(xiàn)在就把 if/else 寫完整。4.2 內(nèi)存回收與相鄰空閑分區(qū)合并進(jìn)程結(jié)束時(shí)回收內(nèi)存具體要做兩件事把已分配塊轉(zhuǎn)換成空閑塊加入空閑鏈表檢查該塊與相鄰空閑塊是否連續(xù)連續(xù)則合并。這里的相鄰不只是物理相鄰而是地址相鄰具體實(shí)現(xiàn)public void release(MemoryBlock block) { freeBlocks.add(new MemoryBlock(block.getStart(), block.getSize())); // 按起始地址排序后檢查相鄰 freeBlocks.sort(Comparator.comparingInt(MemoryBlock::getStart)); for (int i 0; i freeBlocks.size() - 1; i) { MemoryBlock current freeBlocks.get(i); MemoryBlock next freeBlocks.get(i 1); if (current.getStart() current.getSize() next.getStart()) { // 合并 current.setSize(current.getSize() next.getSize()); freeBlocks.remove(i 1); i--; // 繼續(xù)檢查新的相鄰關(guān)系 } } }合并邏輯里有個(gè)細(xì)節(jié)合并后需要把游標(biāo) i 減回去否則連續(xù)三個(gè)相鄰空閑塊合并時(shí)只處理了前兩個(gè)第三個(gè)漏掉。這是內(nèi)存回收最容易出的 bug——不是合并邏輯看不懂而是循環(huán)游標(biāo)處理不到位。我調(diào)試時(shí)打印過每一輪的 freeBlocks 狀態(tài)用地址連續(xù)性檢查腳本對(duì)比才發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題。4.3 首次適應(yīng)相比最佳適應(yīng)壞適應(yīng)的取舍為什么這份課設(shè)選首次適應(yīng)而不是最佳適應(yīng)Best Fit首次適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是分配速度快、偏向保留高地址大塊空間缺點(diǎn)是低地址區(qū)域會(huì)積累小碎片。最佳適應(yīng)相反分配時(shí)找最小夠用塊內(nèi)存利用率高但速度慢且產(chǎn)生大量難以利用的微小碎片。對(duì)于課設(shè)場(chǎng)景首次適應(yīng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、現(xiàn)象直觀更不容易在答辯時(shí)被追問到死角。如果老師問“FF 的缺點(diǎn)是什么”你可以回答“低地址區(qū)域的碎片化”——這個(gè)回答能顯示你真的理解而不是背代碼。當(dāng)然如果你學(xué)有余力我建議在源碼里再加一個(gè) Best Fit 的實(shí)現(xiàn)用 boolean 變量切換兩種算法報(bào)告里對(duì)比分析碎片率。這屬于加分項(xiàng)一般老師看到這個(gè)會(huì)說“這個(gè)同學(xué)有思考”。4.4 內(nèi)存狀態(tài)的可視化輸出控制臺(tái)程序怎么展示內(nèi)存分配做一個(gè)簡(jiǎn)單的字符畫內(nèi)存映像圖public void printMemoryStatus() { char[] mem new char[MEMORY_SIZE]; Arrays.fill(mem, .); // . 表示空閑 for (MemoryBlock block : allocatedBlocks) { for (int i block.getStart(); i block.getStart() block.getSize(); i) { mem[i] #; } } System.out.println(new String(mem)); }輸出一行 512 個(gè)字符的二進(jìn)制圖一眼就能看出內(nèi)存碎片的情況。這個(gè)輸出放在每次進(jìn)程調(diào)入調(diào)出之后。對(duì)照著看首次適應(yīng)算法下低地址區(qū)域的碎片化累積過程非常直觀——你會(huì)發(fā)現(xiàn)碎片越來越多新的作業(yè)越來越難找到大的連續(xù)空閑區(qū)。這也是報(bào)告里最有說服力的截圖素材。5. 實(shí)操避坑從參數(shù)設(shè)置到并發(fā)控制這 7 個(gè)坑我已經(jīng)替你踩過了5.1 并發(fā)進(jìn)程數(shù)超過 5 個(gè)作業(yè)提前調(diào)入導(dǎo)致狀態(tài)錯(cuò)亂現(xiàn)象控制臺(tái)輸出里出現(xiàn)了 6 個(gè)甚至更多進(jìn)程同時(shí)在內(nèi)存中運(yùn)行幾個(gè)時(shí)間片后數(shù)據(jù)開始亂跳。原因作業(yè)調(diào)入內(nèi)存的檢查條件寫錯(cuò)位置。常見錯(cuò)誤是把并發(fā)數(shù)檢查寫在 FCFS 調(diào)度器的開頭而不是每次調(diào)入前都檢查。還有一種情況是進(jìn)程結(jié)束回收內(nèi)存后忘了把進(jìn)程從 runningProcesses 里移除導(dǎo)致已釋放內(nèi)存的進(jìn)程還在占用名額。解決在 loadJobToMemory 方法入口處強(qiáng)制校驗(yàn)if (runningProcesses.size() MAX_CONCURRENCY) return;同時(shí)進(jìn)程結(jié)束回收時(shí)必須同時(shí)從 runningProcesses、memoryManager 的已分配表兩個(gè)地方移除。我建議把并發(fā)數(shù)的檢查收口到一個(gè)方法里所有調(diào)入邏輯都走這個(gè)方法不旁路。5.2 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)時(shí)間片分配給同一進(jìn)程現(xiàn)象日志顯示進(jìn)程 A 運(yùn)行完一個(gè)時(shí)間片后沒切走下一個(gè)時(shí)間片還是 A。原因調(diào)度器在選擇下一個(gè)進(jìn)程時(shí)把當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的狀態(tài)改成了就緒但排序時(shí) lastRunTime 沒有更新導(dǎo)致按時(shí)間戳排序后它還是排在最前面又被打回運(yùn)行態(tài)。解決進(jìn)程被調(diào)度器選中時(shí)立刻更新 lastRunTime然后在每次調(diào)度前把運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程改為就緒態(tài)。如果是用計(jì)數(shù)器而不是真實(shí)時(shí)間戳要保證計(jì)數(shù)器在每次選擇前自增。這個(gè)坑排查起來非常隱蔽因?yàn)榕及l(fā)情況下看不出來多跑幾個(gè)時(shí)間片就會(huì)發(fā)現(xiàn)某個(gè)進(jìn)程饑餓了。5.3 進(jìn)程結(jié)束內(nèi)存回收后空閑分區(qū)沒有合并碎片越來越多現(xiàn)象內(nèi)存中空閑空間總值足夠但連續(xù)空閑空間很少新作業(yè)調(diào)入時(shí)總是“內(nèi)存不足”。原因回收邏輯里只添加了新空閑塊沒有觸發(fā)相鄰合并或者合并循環(huán)里游標(biāo)處理有問題連續(xù)三個(gè)相鄰空閑塊只合并了前兩個(gè)。解決每次 release 后都強(qiáng)制走一遍完整的合并循環(huán)并且考慮把相鄰合并提取成公共方法分配和回收時(shí)都可以調(diào)用。驗(yàn)證方法連續(xù)讓多個(gè)進(jìn)程結(jié)束后打印空閑分區(qū)表檢查所有空閑塊的起始地址是否嚴(yán)格遞增、是否還存在相鄰塊未合并。我在 4.2 節(jié)里寫的 i-- 那行就是從坑里爬出來后補(bǔ)上的。5.4 就緒隊(duì)列為空時(shí) CPU 空轉(zhuǎn)的無限循環(huán)現(xiàn)象所有進(jìn)程都進(jìn)入阻塞態(tài)但程序還在空轉(zhuǎn)控制臺(tái)刷屏飛快。原因RR 調(diào)度器返回 null 時(shí)主循環(huán)沒有處理這種情況還是繼續(xù)執(zhí)行導(dǎo)致空轉(zhuǎn)死循環(huán)。解決調(diào)度器返回 null 時(shí)直接 continue同時(shí)每次循環(huán)至少執(zhí)行一次阻塞隊(duì)列的檢查——因?yàn)橹挥凶枞M(jìn)程的阻塞時(shí)間遞減才能喚醒進(jìn)程。更穩(wěn)妥的做法是加一個(gè)“全阻塞退出”判斷如果就緒隊(duì)列為空且阻塞隊(duì)列也即將為空說明所有進(jìn)程都完成了跳出主循環(huán)。5.5 隨機(jī)數(shù)種子不固定同一個(gè) Bug 沒辦法復(fù)現(xiàn)現(xiàn)象第一次跑崩了第二次跑又正常沒法定位問題。原因每次運(yùn)行 random 生成的作業(yè)參數(shù)不同操作系統(tǒng)課設(shè)不像 Web 開發(fā)那樣輸入確定隨機(jī)的數(shù)據(jù)讓排查難上加難。解決給 Random 構(gòu)造器傳入固定種子比如new Random(42)每次跑出來的 10 個(gè)作業(yè)完全相同。調(diào)試定位完問題后再改成不傳種子的版本觀察多組數(shù)據(jù)的表現(xiàn)。這個(gè)方法只對(duì)調(diào)試有用最終提交的版本建議用系統(tǒng)時(shí)間做種子否則答辯老師發(fā)現(xiàn)每次都是同一組數(shù)據(jù)會(huì)懷疑你的代碼是不是寫死了。5.6 阻塞時(shí)間參數(shù)設(shè)置不合理進(jìn)程永遠(yuǎn)醒不過來現(xiàn)象某個(gè)進(jìn)程進(jìn)入阻塞隊(duì)列后再也沒被喚醒其他進(jìn)程正常輪轉(zhuǎn)系統(tǒng)整體速度緩慢。原因阻塞時(shí)間設(shè)置得太長或者喚醒檢查只在特定條件下執(zhí)行阻塞進(jìn)程被漏掉。常見是把阻塞時(shí)間設(shè)為固定大數(shù)或者喚醒邏輯寫在“就緒隊(duì)列非空”的分支里阻塞隊(duì)列一旦為空就跳過檢查。解決把阻塞隊(duì)列的檢查放到主循環(huán)的最前面無論就緒隊(duì)列是否為空每輪都先檢查阻塞進(jìn)程的剩余時(shí)間。阻塞時(shí)間建議用random.nextInt(3) 11~3 個(gè)時(shí)間片就夠了太長會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程長時(shí)間不能參與調(diào)度太短可能進(jìn)程運(yùn)行兩下又醒了看不出阻塞現(xiàn)象。5.7 進(jìn)程 ID 混亂回收后 ID 復(fù)用引發(fā)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤現(xiàn)象報(bào)告里的周轉(zhuǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)明顯不對(duì)某個(gè)進(jìn)程的等待時(shí)間變成了負(fù)數(shù)。原因進(jìn)程結(jié)束后從隊(duì)列移除但新的作業(yè)調(diào)入時(shí)沿用了同樣的編號(hào)統(tǒng)計(jì)數(shù)組里的歷史數(shù)據(jù)被覆蓋。解決作業(yè) ID 從后備隊(duì)列生成時(shí)保持唯一進(jìn)程結(jié)束只標(biāo)記為完成狀態(tài)不重新分配 ID。如果想把 ID 復(fù)用需要在復(fù)用時(shí)檢查該 ID 的歷史統(tǒng)計(jì)是否已歸檔。最省事的方式是進(jìn)程對(duì)象不復(fù)用結(jié)束就丟棄新作業(yè)進(jìn)內(nèi)存時(shí)新建進(jìn)程對(duì)象這個(gè)對(duì)象與原作業(yè)共享 jobId 但統(tǒng)計(jì)字段獨(dú)立。這是我自己在寫報(bào)告時(shí)加統(tǒng)計(jì)功能踩到的坑數(shù)據(jù)對(duì)不上特別耗時(shí)。6. 從模塊拼裝到完整復(fù)現(xiàn)一份可以照用的驗(yàn)證清單和調(diào)試套路課設(shè)拿到手先不要急著跑我建議按下面這個(gè)順序走一遍20 分鐘內(nèi)能確認(rèn)每個(gè)模塊工作正常。第一步打開 README看清楚它定義的運(yùn)行入口和參數(shù)常量——內(nèi)存總大小、時(shí)間片長度、最大并發(fā)數(shù)這三個(gè)值決定了整個(gè)模擬的行為。如果時(shí)間片設(shè)得太大RR 退化成了 FCFS如果內(nèi)存總大小設(shè)得太小10 個(gè)作業(yè)可能一個(gè)都調(diào)不進(jìn)去。第二步把隨機(jī)數(shù)種子固定跑一次完整流程記錄每一步的控制臺(tái)輸出。第三步手動(dòng)算一遍前 2~3 個(gè)作業(yè)的流轉(zhuǎn)過程和控制臺(tái)輸出對(duì)照確認(rèn)調(diào)度順序沒錯(cuò)。驗(yàn)證清單我整理成這樣作業(yè)調(diào)度是否嚴(yán)格 FCFS即后備隊(duì)列頭部永遠(yuǎn)是最先到達(dá)的未調(diào)入作業(yè)并發(fā)進(jìn)程數(shù)峰值是否≤5RR 輪轉(zhuǎn)順序是否按就緒隊(duì)列從頭到尾循環(huán)阻塞進(jìn)程是否不參與輪轉(zhuǎn)阻塞喚醒后是否進(jìn)入就緒隊(duì)列尾部?jī)?nèi)存回收后空閑分區(qū)表中無相鄰可合并塊所有進(jìn)程結(jié)束后后備隊(duì)列為空、內(nèi)存全部空閑。每一條都可以用一條日志輸出對(duì)一次不用猜。我在按這份課設(shè)改寫成自己的版本時(shí)把上面的每條驗(yàn)證做成了一個(gè)checkStatus()方法跑完一步就自動(dòng)檢查一遍。這套思路做完之后它成了我每次操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的通用模板后來做存儲(chǔ)管理實(shí)驗(yàn)時(shí)換了一組數(shù)據(jù)就繼續(xù)用。復(fù)盤這套課設(shè)我感覺最重要的收獲不是某個(gè)算法本身而是理解了“并發(fā)上限為 5 個(gè)進(jìn)程”這個(gè)約束是如何把作業(yè)調(diào)度、內(nèi)存分配、進(jìn)程調(diào)度串成閉環(huán)的——沒有這個(gè)上限作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度就是兩套獨(dú)立的演示代碼有了它每個(gè)模塊之間才真正耦合起來。從那以后我每次拿到一個(gè)仿真的課設(shè)都先畫出“狀態(tài)流轉(zhuǎn)圖 資源約束條件”再動(dòng)手寫代碼這個(gè)習(xí)慣讓我少走了很多彎路。希望幫到你。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取