《操作系统实验》课件

《操作系统实验》课件本课件介绍操作系统实验相关内容，帮助学生深入理解操作系统原理课程大纲进程管理内存管理进程概念、状态转换、调度算法、同步机内存分配策略、虚拟内存管理、页面替换制、死锁处理算法文件系统设备管理文件基本操作、目录管理、磁盘管理设备驱动程序、中断处理机制实验一进程管理:本实验将带领您深入了解进程管理的核心概念和技术，并通过实际操作，加深您对操作系统的理解进程基本概念程序进程进程控制块

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33.PCB程序是指令和数据的集合，静态的，描进程是正在运行的程序的一个实例，动PCB包含进程状态、资源信息、程序计述了要完成的任务态的，具有生命周期，是系统资源分配数器等，是操作系统管理进程的关键数的基本单位据结构进程状态转换新建1创建进程时，进程处于新建状态，尚未分配系统资源，没有准备好运行就绪2进程已分配系统资源，等待CPU时间片，随时可以运行运行3进程正在执行，占用CPU时间片，进行运算和操作阻塞4进程因等待I/O操作、资源访问等原因暂停运行，处于阻塞状态终止5进程执行完毕或因错误异常而结束，不再运行进程调度算法先到先服务算法最短作业优先算法优先级调度算法时间片轮转算法FCFS SJF每个进程都有一个优先级，优先为每个进程分配一个时间片，进按照进程到达系统的时间顺序进根据进程执行时间进行调度，最级高的进程优先执行，适合对实程轮流执行，时间片用完后重新行调度，简单易懂，但可能导致短的进程优先执行，可以有效缩时性要求较高的任务排队，适合多用户交互式系统短进程等待时间过长短平均等待时间进程同步互斥锁信号量事件管程互斥锁是进程同步中常用的机制信号量是一种更灵活的同步机制事件是一种通知机制，它可以用管程是一种高级同步机制，它将，它保证同一时间只有一个进程，它允许多个进程访问共享资源来等待其他进程完成某些操作，共享资源和操作封装在一起，简可以访问共享资源，但会限制访问次数从而实现进程间的协作化了进程同步的编程死锁预防与避免死锁预防死锁避免通过限制资源分配策略，例如银行家在资源分配过程中，通过判断分配后算法，避免系统进入死锁状态的状态是否可能导致死锁，来避免死锁的发生死锁检测死锁恢复通过定期检测系统状态，识别并解除通过回滚、抢占资源、终止进程等方已经发生的死锁，恢复系统正常运行法来解除死锁，恢复系统正常运行实验二内存管理: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内存管理的目标是高效地利用内存，满足不同程序对内存的需求，并防止程序之间相互干扰内存分配策略首次适应算法最佳适应算法最差适应算法伙伴系统从内存的起始位置开始寻找足够从所有空闲区域中选择最小的、从所有空闲区域中选择最大的区将内存空间分成大小相等的块，大的空闲区域，如果找到，则分但能满足进程大小的区域，分配域分配给进程该算法能减少内如果一个块不能满足分配要求，配给进程该方法简单易实现，给进程，以减少内存碎片化但存碎片化，但可能导致较大的空则将其分成大小相等的两个块，但会导致内存碎片化其搜索时间较长间浪费直到找到合适的块虚拟内存管理虚拟地址空间页面置换算法虚拟内存允许进程使用比物理内存更大的地当页面需要加载到内存时，但内存已满，操址空间进程可以访问超出物理内存限制的作系统必须选择一个页面从内存中移除页地址，这些地址被映射到磁盘上的交换空间面置换算法决定哪一个页面应该被移除页面替换算法先进先出最早进入内存的页面被先替换出去，简单易实现，但容易出现抖动现象最近最少使用最近最少使用的页面被替换，能更好地利用内存，但需要记录页面访问时间，实现复杂最佳置换将未来最长时间不会被访问的页面替换出去，效率最高，但无法在实际系统中实现实验三文件系统:文件系统是操作系统中重要的组成部分它管理着磁盘上存储的数据，并为用户提供访问这些数据的接口文件基本操作文件创建文件打开创建新文件时，需要指定文件名和文打开文件需要提供文件名，操作系统件类型，操作系统将为文件分配存储会找到文件并将其打开，以便应用程空间序读写文件内容文件读写文件关闭应用程序可以通过系统提供的接口读关闭文件后，操作系统会释放文件占取或写入文件内容，操作系统负责管用的资源，确保文件数据完整性，防理文件数据在内存和磁盘之间的传输止数据丢失文件目录管理树形结构路径管理

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22.文件目录采用树形结构，组织文使用绝对路径或相对路径访问文件和文件夹件和文件夹文件操作权限控制

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44.提供创建、删除、移动、重命名不同用户对不同文件的访问权限等文件操作不同磁盘管理磁盘调度算法磁盘空间分配12磁盘调度算法用于优化磁盘访问顺序，减少磁盘寻道时间，提高磁盘空间分配算法决定如何将文件存储到磁盘上，常见的算法有系统效率连续分配、链接分配和索引分配磁盘碎片管理磁盘安全管理34碎片化会导致磁盘空间利用率降低，需要采用碎片整理等方法来磁盘安全管理涉及数据加密、访问控制和容错机制，以保护磁盘解决数据安全实验四设备管理:设备管理是操作系统的重要组成部分,它负责管理计算机系统中的各种硬件设备.设备管理的任务包括分配设备资源,处理设备中断,以及为应用程序提供统一的设备访问接口.设备驱动程序与硬件交互的桥梁驱动程序种类设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的驱动程序种类繁多，包括磁盘驱动程序、网桥梁，负责处理硬件设备的请求和响应，并卡驱动程序、显卡驱动程序等，每个驱动程为应用程序提供统一的接口序都针对特定的硬件设备进行设计中断处理机制中断响应中断处理当发生中断时，CPU会暂停当前执中断处理程序会根据中断类型执行相行的任务，并保存当前的运行状态，应的操作，例如处理硬件错误、处理转向处理中断请求用户输入、处理网络数据等中断返回中断处理完成后，CPU会恢复之前保存的运行状态，并继续执行被打断的程序实验五安全性:操作系统安全性是一个关键问题，旨在保护系统资源免受恶意攻击或未经授权的访问本实验将深入探讨操作系统的安全机制，例如访问控制、加密技术、身份验证和授权等访问控制模型基于访问控制列表基于角色的访问控制基于属性的访问控制ACL RBACABACACL列出每个对象允许的访问权限基于RBAC将用户分组到角色，每个角色分配特定ABAC基于属性和规则，允许更细粒度的控制ACL的访问控制模型在操作系统中广泛应用，权限，简化了管理RBAC广泛应用于企业和ABAC是一种灵活的模型，适应各种复杂安例如Unix和Windows组织的安全性全需求加密算法对称加密非对称加密哈希算法数字签名使用相同密钥进行加密和解密使用不同的密钥进行加密和解密将任意长度的输入数据转换为固使用非对称加密技术验证数据完定长度的哈希值整性和身份认证综合实验设计综合实验设计是指将多个独立的实验模块整合为一个完整的实验项目目标是通过实际操作验证所学知识，并锻炼分析问题和解决问题的能力实验报告撰写实验目的实验过程

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22.清楚地描述实验目的，以及预期详细记录实验过程，包括使用的实现的功能工具，代码，以及遇到的问题和解决方法实验结果总结与反思

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44.展示实验结果，包括代码截图，总结实验过程中遇到的困难和收测试数据，以及运行结果获，以及对操作系统的理解实验环境搭建硬件准备软件安装选择合适的服务器或工作站，配备足安装操作系统、开发工具、调试工具够的内存、硬盘和网络带宽，以满足和其他必要的软件，确保实验环境稳实验的需求定可靠网络配置用户管理配置网络连接，确保实验主机能够访创建用户账号，设置权限，确保每个问网络资源，并进行远程访问和数据学生能够安全地访问和使用实验环境共享实验操作演示通过生动形象的演示，帮助学生理解实验步骤、操作方法和注意事项演示准备1准备实验环境、设备和材料操作步骤2详细讲解每个步骤的操作方法和注意事项结果分析3对实验结果进行分析和解释问题解答4回答学生提出的问题，并进行答疑解惑演示过程应注重与学生的互动，并鼓励学生积极参与，从而提高学习兴趣和效率实验心得体会通过一系列的实验，我对操作系统的概念有了更深的理解，不仅能理论这些实验锻炼了我的动手能力，提升了我的问题分析和解决能力，也让上理解操作系统的工作原理，还能在实践中运用操作系统知识我更加意识到理论学习与实践操作相结合的重要性未来，我会继续努力学习操作系统相关知识，并不断提升自身的实践能实验过程中，我不断探索、思考，并通过查找资料、与同学讨论等方式力，为未来的学习和工作做好充分准备，解决遇到的问题，并逐渐掌握了操作系统的核心概念实验过程质量反馈反馈表格学生填写实验过程反馈表格，评估实验设计、实验内容、实验环境、实验指导等方面的质量教师点评教师根据反馈结果，分析实验过程质量，及时改进实验设计和指导定期会议定期召开教学研讨会，讨论实验过程质量反馈结果，不断优化实验教学总结与展望本课程通过一系列实验，让学生深入了解操作系统核心概念学生将掌握进程管理、内存管理、文件系统等关键技术未来，学生将运用所学知识，开发高效、安全的软件系统。