Operating Systems Labs

项目背景

操作系统课程要求通过编程实验理解 OS 的核心概念。本项目包含 6 个递进实验，从进程管理到死锁处理，覆盖了操作系统的核心知识点。

核心功能

• Lab 1 — 进程管理：fork、exec、wait、进程间通信
• Lab 2 — 内存管理：首次适应、最佳适应、最差适应分配算法
• Lab 3 — 进程同步：信号量、互斥锁、生产者-消费者问题
• Lab 4 — 文件系统：文件创建、读写、权限管理
• Lab 5 — 设备管理：设备分配与回收
• Lab 6 — 死锁处理：银行家算法实现

系统架构

graph TD
  A[OS Concepts] --> B[Process Management]
  A --> C[Memory Management]
  A --> D[Process Synchronization]
  A --> E[File System]
  A --> F[Deadlock Handling]

  B --> B1[fork/exec/wait]
  B --> B2[IPC - pipe/signal]
  C --> C1[First Fit]
  C --> C2[Best Fit]
  C --> C3[Worst Fit]
  D --> D1[Semaphore]
  D --> D2[Mutex]
  F --> F1[Banker Algorithm]

项目结构

operating-system/
├── labwork1/          # 进程管理（7个C++文件）
├── labwork2/          # 内存管理（6个C文件）
├── labwork3/          # 进程同步
├── labwork4/          # 文件系统
├── labwork5/          # 设备管理
├── labwork6/          # 银行家算法（11.6KB）
├── 实践/              # 综合实践
└── README.md

核心代码

银行家算法

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算法对比

| 算法 | 目标 | 时间复杂度 | 适用场景 | | -------- | ---------- | -------------- | -------------- | | 首次适应 | 速度 | O(n) | 通用场景 | | 最佳适应 | 空间利用率 | O(n) | 小内存分配频繁 | | 最差适应 | 减少碎片 | O(n) | 大块分配为主 | | 银行家 | 死锁避免 | O(n^2 * m) | 资源竞争激烈 |

效果展示

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技术要点

进程管理

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
    // 子进程
    execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
} else {
    // 父进程
    wait(NULL);
}

银行家算法核心逻辑

1. 计算 Need = Max - Allocation
2. 尝试分配，检查 Need <= Available
3. 运行安全性算法，寻找安全序列
4. 安则分配，不安全则回滚

内存分配算法

• 首次适应：从头扫描，找到第一个够大的空闲块
• 最佳适应：遍历所有空闲块，选最小的够用块
• 最差适应：遍历所有空闲块，选最大的空闲块