《操作系统实验》课件

《操作系统实验》课程介绍实验环境准备操作系统开发工具选择合适的Linux发行版，例如安装必要的开发工具，例如编译Ubuntu、CentOS或Debian器、调试器和文本编辑器实验材料准备实验所需的代码、文档和其他资源，例如虚拟机镜像或实验手册实验一系统安装Linux选择发行版根据实验需求选择合适的Linux发行版，例如Ubuntu、CentOS等下载安装镜像从官方网站下载对应发行版的安装镜像文件创建虚拟机使用虚拟机软件（如VMware或VirtualBox）创建一个虚拟机，并配置虚拟机硬件资源安装系统将下载的镜像文件加载到虚拟机中，并按照安装向导进行系统安装系统目录结构Linux根目录用户目录系统目录所有目录和文件的起始点每个用户的个人文件和设置包含系统核心文件和程序文件权限管理Linux用户权限组权限其他权限每个用户都有特定的权限，决定其对文用户可归属多个组，每个组对文件拥有其他用户指不属于用户或组的用户，其件的访问方式特定权限权限相对较低进程管理Linux进程创建进程终止12使用fork系统调用创建新的进程使用exit或kill系统调用终止进程进程调度进程间通信34操作系统根据优先级和资源分配时间片使用管道、消息队列、共享内存等机制编程基础Shell脚本语言1命令行解释器流程控制2循环和条件语句函数3代码模块化Shell脚本是操作系统的核心功能之一，它允许用户编写脚本来自动执行命令脚本可以使用循环和条件语句来控制程序流程，并通过函数来组织代码，提高可读性和可维护性实验二进程通信机制管道1管道是一种简单的进程间通信机制，用于在父进程和子进程之间传递数据消息队列2消息队列允许进程之间通过发送和接收消息进行异步通信共享内存3共享内存允许进程直接访问同一块内存区域，实现高效的数据共享信号量4信号量用于同步进程之间的访问，防止数据竞争和死锁使用实现进程间通信IPC管道Pipe消息队列Message Queue共享内存Shared Memory信号量Semaphore使用信号量实现同步信号量概念信号量操作信号量是一种同步机制，用于控制对共享资源的访问它本质上有两个基本操作P操作和V操作P操作减少信号量的值，并在是一个计数器，表示可用的资源数量值小于0时阻塞进程V操作增加信号量的值，并在值大于等于0时唤醒阻塞的进程实验三内存管理机制内存分配1为进程分配所需的内存空间内存回收2释放不再使用的内存空间内存保护3防止进程访问其他进程的内存空间内存分配和回收实现内存分配内存回收操作系统需要为进程分配内存空间以当进程结束或不再需要内存时，操作存储代码、数据和堆栈，实现内存的系统需要及时回收内存空间，以供其合理分配他进程使用内存管理算法选择合适的内存管理算法，如伙伴系统或位图算法，以实现高效的内存分配和回收页面置换算法先进先出最近最少使用最佳置换FIFO LRUOPT最先进入内存的页面被优先替换，简单易最近最少使用的页面被优先替换，效率较理论上最佳算法，但需要预测未来访问，懂但效率不高高，但实现复杂无法实际实现实验四虚拟内存管理页表管理机制1通过页表将虚拟地址映射到物理地址内存分配和回收策略2页表管理机制需要考虑如何分配和回收内存空间页表管理机制地址映射页面大小12将逻辑地址转换为物理地址，决定每个页面的容量，影响内方便系统管理内存存效率和碎片化页面表结构3存储每个页面的物理地址，方便快速查找和访问内存分配和回收策略首次适应算法最佳适应算法从头开始查找，分配第一个大小查找所有空闲内存块，选择最接满足需求的空闲内存块近所需大小的块，以最大程度地减少内存碎片最坏适应算法选择最大的空闲内存块进行分配，以保证将来能够分配更大的内存块实验五磁盘管理磁盘结构了解磁盘的物理结构，包括扇区、磁道、柱面等概念磁盘读写学习磁盘读写操作的原理，包括寻道、旋转延迟和传输时间等磁盘调度算法掌握常用的磁盘调度算法，如先来先服务、最短寻道时间优先等文件系统了解文件系统的设计，包括目录结构、文件分配策略等磁盘读写原理磁道扇区读写头磁盘表面被划分为一系列同心圆，称为磁每个磁道被分成若干个大小相等的扇区，读写头通过磁头臂移动到指定位置进行数道作为磁盘的基本存储单位据读写操作文件系统实现目录结构文件操作12文件系统组织成树状结构，目提供创建、删除、读取、写入录作为节点，文件作为叶子节等文件操作功能点元数据管理3存储文件属性信息，如文件名、大小、权限等实验六设备管理中断机制1学习中断处理流程和程序编写设备驱动程序2掌握设备驱动程序开发方法和调试技巧设备管理策略3了解常见的设备管理策略，如轮询、中断、DMA等中断机制实现中断是一种硬件机制，用于通知操作中断处理程序会暂停当前正在执行的系统发生了一些事件程序，并处理中断事件中断处理完后，操作系统会恢复被中断的程序的执行设备驱动程序开发硬件抽象层中断处理屏蔽硬件差异，提供统一接口，响应硬件中断，处理设备请求，方便上层应用程序访问硬件完成数据传输设备管理管理设备资源，分配和释放设备，保证设备正常工作实验七文件管理文件系统结构分析1深入了解文件系统组织方式，理解目录树、inode、数据块等概念文件操作使用API2掌握文件操作函数，实现文件创建、打开、读写、关闭等功能文件操作使用API打开文件读写文件关闭文件使用`open`函数打开文件，返回文件使用文件对象的方法`read`和`write`使用文件对象的方法`close`关闭文件对象进行读写操作，释放资源文件系统结构分析目录树结构文件元数据数据块管理文件系统采用树状结构，以根目录为起每个文件都有元数据信息，包括文件名文件系统将文件数据存储在磁盘上的数点，每个目录包含子目录和文件、大小、修改时间、权限等，用于管理据块中，通过数据块链接的方式组织文和访问文件件数据实验八安全机制账户权限管理访问控制策略安全工具了解Linux系统的用户和组管理，以及学习文件权限、目录权限、访问控制列熟悉常见的安全工具，例如防火墙、入如何设置用户权限和组权限表（ACL）等概念，并掌握如何设置和侵检测系统、病毒扫描工具等，并学习管理访问控制如何使用这些工具来保护系统安全账户权限管理用户和组权限控制操作系统通过用户和组来区分不权限控制是指限制用户对系统资同的用户，并赋予他们不同的权源的访问操作系统会根据用户限每个用户都属于一个或多个和组的权限，决定用户是否可以组，组可以继承权限访问特定的文件、目录、程序等访问控制列表访问控制列表（ACL）是用于控制用户或组对系统资源的访问权限每个文件、目录、程序等都可以拥有一个ACL，定义谁可以访问资源，以及他们拥有的权限访问控制策略基于角色的访问控制基于属性的访问控制基于策略的访问控制123RBAC ABACPBAC根据用户角色分配访问权限使用属性来定义访问规则，更加灵定义访问策略，控制对资源的访问活和细粒度权限实验总结和反馈总结学习收获提交实验报告获得老师反馈回顾实验过程，总结实验中遇到的问题和根据实验要求，撰写完整的实验报告，包积极与老师交流，寻求实验指导和解答疑解决方法，并反思实验对操作系统知识的括实验目的、步骤、结果和分析，并及时难问题，并认真学习老师的点评和建议理解和应用提交给老师。