《操作系统课程设计》课件

操作系统课程设计本课程设计旨在深入学习操作系统核心概念并进行实践应用通过设计和实现一个小型操作系统，加深对操作系统的理解，掌握操作系统设计的基本原理和方法课程设计背景与目的理论实践结合提升编程能力掌握核心技术123将操作系统理论知识应用于实际项目培养学生解决实际问题的编程能力和深入了解操作系统内核，掌握进程管开发实践操作技能理、内存管理等核心技术实验环境与工具介绍虚拟机环境代码编辑器命令行工具调试工具使用虚拟机软件创建虚拟的选择适合的代码编辑器编写实熟悉命令行工具，使用使用调试工具分析代码并解决Linux操作系统环境，如验代码，例如它们与操作系统进行交互，例运行时错误，例如和Linux VisualStudio GDBLLDB或或如和VirtualBox VMwareCode Atombash zsh实验一进程管理进程是操作系统分配资源的基本单位，也是程序执行的最小单位进程管理是操作系统最重要的功能之一，它负责创建、撤销、调度和同步进程进程的创建与终止进程创建是操作系统为一个新进程分配资源并将其加入系统进程列表的过程进程终止则是在进程完成任务后释放资源，并将其从系统进程列表中删除申请资源1内存、文件、设备创建PCB2进程控制块初始化进程3设置状态、程序计数器、寄存器将进程加入队列4就绪队列进程终止后，系统会回收其占用的所有资源，包括内存、文件、设备等进程终止的方式包括正常退出、异常退出和错误退出等进程间通信机制管道消息队列共享内存信号量管道是进程间通信的最基本方消息队列是一种异步通信机制共享内存是一种允许进程直接信号量是一种用于控制多个进式，允许一个进程向另一个进，允许进程之间交换消息而不访问同一块内存区域的通信机程访问共享资源的机制信号程发送数据管道是一种单向必直接相互通信消息队列允制共享内存是进程间通信最量可以用来同步进程，确保只的数据流，数据只能从管道的许进程将消息写入队列，其他快的方式，因为它不需要进行有特定的进程可以访问共享资一端写入，从另一端读出管进程可以从队列中读取消息数据复制共享内存通常用于源信号量也可以用来协调进道分为匿名管道和命名管道，消息队列可以用于进程之间的需要快速数据交换的应用程序程之间的合作，确保多个进程匿名管道只允许具有共同祖先通信，也可以用于不同进程之，例如图形处理和数据库以正确的顺序访问共享资源的进程访问，而命名管道则允间的通信许任何进程访问进程调度算法先来先服务（）最短作业优先（）FCFS SJF按照进程到达的先后顺序进行调度，简单易实选择下一个运行的进程是估计运行时间最短的现，但可能导致短作业等待时间过长进程，可以提高系统吞吐量，但需要预测运行时间时间片轮转（）优先级调度RR每个进程运行一个时间片，时间片结束后，调根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程度器选择下一个进程运行，可提高系统交互性优先运行，可以满足一些重要任务的需求，但，但时间片过短会导致系统开销增大需要设计合理的优先级分配机制实验二内存管理内存管理是操作系统中至关重要的部分，它负责分配和管理计算机系统中的内存资源内存管理的目标是优化内存使用效率，提高程序运行速度，并确保程序之间相互隔离，防止相互干扰连续分配和分页管理连续分配分页管理连续分配内存管理方式，将内存分页管理是将进程的地址空间分划分成若干个分区，每个分区只成大小相同的页面，将内存也划分配给一个进程，并要求进程的分成同样大小的页框，并将进程代码和数据必须存放在连续的内的页面分配到内存的页框中存空间中优势连续分配简单易实现，但空间利用率低；分页管理提高了内存利用率，但也增加了系统开销虚拟内存管理地址空间扩展多任务处理虚拟内存允许进程访问超出物理通过将部分程序页面交换到磁盘内存范围的地址空间，扩展了程，虚拟内存使得多个程序可以共序的可用内存享有限的物理内存，提高系统效率内存保护每个进程拥有独立的虚拟地址空间，防止程序之间的相互干扰，提高系统安全性和稳定性页面置换算法先进先出（）最近最少使用（）最佳置换算法（）时钟算法（）FIFO LRUOPT CLOCK最早进入内存的页面最先被替最近最少使用的页面最先被替选择未来最长时间不会被访问将页面标记为已使用或未使用换出去简单易实现，但易发换出去较好的性能，但需要的页面替换性能最优，但无，选择未使用的页面替换折生抖动现象额外的记录时间戳信息法在实际系统中实现中性能和复杂度实验三文件管理文件管理是操作系统的重要组成部分，负责管理和组织文件系统它为用户提供创建、删除、访问、修改等操作文件的创建、打开与关闭文件创建操作系统提供文件创建系统调用，分配磁盘空间并创建文件控制块文件打开操作系统验证用户访问权限，并根据文件名找到文件控制块，建立文件表项文件关闭删除文件表项，将文件内容写入磁盘，释放相关资源文件的读写操作打开文件1使用系统调用打开文件读写操作2使用系统调用读写文件内容关闭文件3使用系统调用关闭文件文件读写操作是操作系统中一项基本功能，涉及打开文件、读取或写入数据以及关闭文件等步骤目录和文件属性管理文件目录结构文件属性管理文件系统通过目录树组织文件，方便用户查找和管理每个目录每个文件都拥有属性，例如文件名、文件大小、创建日期、访问包含子目录和文件用户可使用目录命令创建、删除和修改目录权限等操作系统提供了接口，允许用户查看和修改文件属性结构实验四设备管理设备管理是操作系统的重要组成部分，负责管理和控制计算机系统中的各种硬件设备它为用户提供统一的接口，屏蔽硬件设备的差异，并有效地分配和利用硬件资源设备驱动程序结构设备独立性中断处理

1.

2.12设备驱动程序提供统一的接口驱动程序处理来自设备的中断，隐藏设备差异，并通知操作系统缓冲区管理错误处理

3.

4.34驱动程序管理数据传输缓冲区驱动程序负责处理设备错误，，提高效率并通知用户中断处理机制中断处理程序处理来自硬件或软件的中断，并执行相应的操作堆栈中断发生时，保存当前程序状态，以便中断处理完成后恢复正常执行中断向量表包含每个中断的地址，用于快速找到相应的处理程序缓冲区管理缓冲区是用于暂存数据的一种内存区域，可以提高数据传输的效率缓冲区管理涉及对缓冲区的分配、释放和管理，以优化数据流的处理和存储常用的缓冲区管理策略包括单缓冲、双缓冲和循环缓冲，以及各种缓存替换算法实验五死锁处理死锁是指多个进程因竞争资源而互相等待，导致所有进程都无法继续执行的现象死锁会导致系统资源浪费，降低系统效率死锁的概念与预防死锁定义死锁条件多个进程因竞争资源而互相等待互斥条件•，导致所有进程都无法继续执行持有并等待•不可剥夺•循环等待•死锁预防破坏死锁条件以防止其发生，例如采用资源预先分配或打破循环等待死锁的检测与解决检测资源抢占

1.

2.12通过系统资源分配情况，寻找从一个或多个进程中抢占资源系统中是否出现了循环等待的，打破循环等待的条件，但是情况，从而确定是否出现了死需要考虑资源抢占的安全性锁进程终止回滚

3.

4.34终止涉及死锁的进程，释放其将死锁进程回滚到一个安全状占用的资源，但可能会导致程态，并释放资源，但回滚的代序的失效价较大银行家算法应用算法流程资源分配安全状态检查银行家算法是一个资源分配算法，它用于防该算法通过模拟银行家贷款的方式，为每个算法会检查系统是否处于安全状态，以确保止系统死锁进程分配资源资源分配不会导致死锁实验总结与讨论本课程设计项目旨在深入理解操作系统原理，通过实践操作掌握相关知识，并锻炼编程能力和问题解决能力实验过程中，同学们积极思考，独立完成设计和编码工作，取得了丰硕成果总结与展望展望未来未来，我们将继续深入学习操作系统相关知识，探索更先进的操作系统技术，例如容器技术、云计算技术等我们将努力提升自己的编程能力和系统设计能力，为未来发展奠定坚实基础实验总结操作系统课程设计为我们提供了动手实践的机会，加深了对操作系统原理和关键技术的理解通过实验，我们掌握了进程管理、内存管理、文件管理、设备管理以及死锁处理等重要概念和技术。