《操作系统原理实验》课件

《操作系统原理实验》课件本课件旨在帮助学生深入理解操作系统原理，并通过实际操作掌握相关知识和技能课程简介课程内容覆盖操作系统核心概念，涵盖进程管理、内存管理、文件管理、设备管理、安全机制等实验环节通过实际操作，巩固理论知识，提升动手能力，掌握操作系统原理在实践中的应用学习目标了解操作系统的基本概念和原理，掌握常用操作系统的基本功能和使用方法，培养系统分析和解决问题的能力实验目标深入理解操作系统原理培养实践能力提升编程技能培养团队合作精神掌握操作系统相关实验的操通过编写代码完成实验任务鼓励团队协作完成实验，增通过动手实践，加深对操作作方法，锻炼独立解决问题，熟练运用编程语言，提升强团队合作意识，提高沟通系统核心概念的理解，如进的能力，提高实际动手能力软件开发能力能力程管理、内存管理、文件管理等实验环境准备选择操作系统1根据实验内容选择合适的操作系统，例如、或Linux WindowsmacOS安装操作系统2在虚拟机或物理机上安装操作系统，并配置网络连接安装实验环境3根据实验内容安装必要的软件和工具，例如编译器、调试器、虚拟机等进程管理实验进程管理是操作系统的核心功能之一，负责创建、管理和终止进程进程管理实验旨在让学生深入理解进程的概念、状态、操作，以及进程间通信和同步机制进程创建系统调用资源分配12进程创建通过系统调用完成创建进程时，系统会分配给，比如函数，会创建它所需的资源，比如内存、fork子进程并复制父进程的资源文件描述符、信号量等，为其运行提供基础初始化进程控制块状态设置34为新进程创建一个进程控制进程创建后，会处于就绪状块，记录进程相关信态，等待系统调度执行PCB息，以便操作系统管理和调度进程间通信管道共享内存消息队列信号量管道是一种简单的进程间通共享内存允许进程直接访问消息队列提供了一种异步的信号量是一种同步机制，用信机制，它允许进程通过一同一块内存区域，从而实现进程间通信方式，允许进程于控制对共享资源的访问，个共享的队列进行数据高效的数据共享通过发送和接收消息进行交确保进程之间的协调与合作FIFO交换互进程同步临界区互斥锁临界区是指进程中访问共享资源的代码互斥锁是一种同步机制，用于确保同一段，保证同一时间只有一个进程能够访时间只有一个线程可以访问共享资源，问该资源，避免数据不一致通过获取和释放锁来控制访问权限信号量管程信号量是一种用于控制多个进程对共享管程是一种高级同步机制，提供了一种资源访问的同步机制，通过增加或减少封装共享资源和同步操作的抽象，简化信号量的值来实现进程间的同步了并发编程的复杂性进程调度概述目标

1.

2.12进程调度是操作系统管理和进程调度算法的目标是高效控制进程执行的关键环节，利用系统资源，提高系统吞它决定了哪些进程可以运行吐量，缩短用户等待时间，以及运行的顺序确保系统公平性算法实践

3.

4.34常见的进程调度算法包括先通过实验，学生可以深入理来先服务，短作业优先，时解进程调度算法的原理，并间片轮转，优先级调度等分析不同算法的优缺点内存管理实验内存管理是操作系统的重要组成部分，负责分配和管理计算机系统中的内存资源实验主要通过模拟内存分配、内存保护和虚拟内存等机制，帮助学生理解内存管理的原理和实践内存分配内存分配算法内存碎片问题内存分配算法决定如何将可用内存分配给不同的进程常见算内存碎片是指可用内存被分割成许多小的空闲区域，导致无法法包括最先适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法和伙伴算分配足够大的连续内存块给进程内存碎片会降低内存利用率法每个算法都有其优缺点，适合不同的应用场景，影响系统性能内存保护地址空间隔离内存访问控制保护每个进程的地址空间，防止进程访问其他进程的内存区域限制进程对内存的访问权限，例如只读、可写、可执行等硬件机制操作系统支持使用内存管理单元进行地址转换和访问控制操作系统提供内存保护机制，包括页表管理、虚拟内存等MMU虚拟内存虚拟地址空间页面映射为每个进程提供一个独立的虚拟地通过页表将虚拟地址转换为物理地址空间，屏蔽了物理内存的限制，址，实现虚拟地址空间与物理地址允许进程使用比实际物理内存更大空间的映射关系的地址空间磁盘交换页式虚拟内存将不在内存中的页面存储在磁盘上将虚拟内存和物理内存划分成大小，当需要访问这些页面时，再将它相等的页，通过页面映射和磁盘交们调入内存换实现虚拟内存管理文件管理实验文件管理实验是操作系统原理实验课程的重要组成部分通过实验，学生可以深入理解文件系统的结构和工作原理，掌握文件操作的基本技能文件系统结构树形结构层次结构索引节点文件系统使用树形结构组织文件，方便通过目录层级，实现文件的逻辑组织，每个文件对应一个索引节点，存储文件管理和查找方便用户访问的元数据信息文件操作文件创建文件写入文件读取文件删除创建新文件，指定文件名和将数据写入文件，覆盖或追从文件读取数据，按字节或删除文件，释放磁盘空间路径加内容字符进行读取设备管理实验设备管理是操作系统的重要组成部分，负责管理计算机系统中的各种硬件设备本实验将深入探讨设备管理的原理和实践，包括设备驱动程序的编写、中断处理机制、输入输出系统的实现等设备驱动程序实现硬件功能驱动程序负责控制和管理特定硬件设备，实现设备的初始化、数据传输、中硬件与软件桥梁断处理等功能，确保硬件设备与系统软件的协同工作设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的接口，它充当桥梁，将硬件设备的功能抽象成操作系统可以理解的接口中断处理中断概念中断类型中断是暂停当前正在执行的程序，转而执行中断处理程序中断可分为硬件中断和软件中断，硬件中断由硬件设备引起，CPU，以处理特定事件软件中断由程序指令触发中断处理流程中断处理程序中断发生时，保存当前状态，跳转到中断处理程序执行，中断处理程序是一个专门的程序，用于处理特定中断类型，它CPU处理完成后恢复现场，继续执行原程序负责识别中断源，并执行相应的处理逻辑输入输出系统键盘鼠标键盘是用户向计算机输入数据的主要途径鼠标是用户控制计算机光标和进行操作的设备显示器打印机显示器是计算机用来显示信息的设备打印机是用来打印文本和图形的输出设备安全机制实验操作系统安全是保护系统资源和用户数据的关键本实验将通过实践探索常见的安全机制访问控制用户身份验证权限分配12验证用户身份，确认其访问根据用户角色和需要，分配权限使用用户名和密码、不同的访问权限，控制用户生物识别等方法对资源的访问范围和操作权限访问控制列表访问日志记录34定义用户对特定资源的访问记录用户的访问操作，包括权限，实现细粒度的访问控访问时间、访问对象和操作制，保障系统安全类型，便于追溯和审计加密解密加密将数据转换成无法理解的形式，只有拥有密钥的人才能解密解密使用密钥将加密数据还原成原始数据应用场景保护敏感信息，例如密码、银行卡信息等审计机制跟踪系统活动识别安全威胁记录用户操作、系统事件和资源使用情况，为安全分析提供依通过分析审计日志，识别潜在的安全威胁，如恶意攻击、内部据威胁和系统故障责任追溯合规性验证确定系统事件的责任人，追溯操作过程，帮助定位问题根源确保系统操作符合安全策略和相关法律法规，为合规性审查提供证据网络管理实验网络管理实验涉及操作系统与网络的交互，旨在深入理解网络编程、协议和安全机制学生将通过实践学习网络通信的基本原理、网络应用开发和网络安全防护套接字编程套接字网络协议客户端服务器模型API-套接字提供函数，用于创建、绑定套接字使用或协议进行通信套接字用于实现客户端服务器模型，其API TCPUDP-、监听、连接和发送接收数据，提供可靠或非可靠的数据传输中客户端向服务器发送请求，服务器响/应请求网络协议协议协议协议TCP/IP HTTPDNS协议是互联网的核是超文本传输协议，是域名系统，用于将TCP/IP HTTPDNS心，提供网络通信的标准规用于在服务器和浏览域名解析为地址，方便Web IP范器之间传输数据用户访问网站提供可靠的、面向连接协议定义了请求和响协议使用层次化的域TCP HTTPDNS的传输服务，提供无连接应格式，支持多种数据类型名结构，支持多种域名解析IP的数据报服务，包括文本、图像和视频类型，如记录、记录A MX等网络安全数据机密性数据完整性

1.

2.12保护数据不被未授权访问或确保数据不被篡改或损坏披露可用性身份验证

3.

4.34确保系统和数据可被授权用验证用户的身份，确保只有户访问授权用户才能访问系统和数据实验小结实践操作分析问题通过实验加深对操作系统原理独立思考并解决实验过程中遇的理解，掌握基本操作技能到的问题，培养分析问题的能力团队协作与组员互相帮助，共同完成实验，提升团队合作意识总结展望实践应用持续学习12本次实验帮助我们深入理解操作系统操作系统领域发展迅速，我们需不断原理，培养实践能力，为将来开发软学习新技术，提升专业技能，迎接新件系统打下坚实基础挑战未来展望3期待未来能够将操作系统知识应用于更多领域，为社会发展做出贡献。