操作系统原理与实例分析 (2)
实时操作系统原理与应用案例
实时操作系统原理与应用案例实时操作系统（RTOS）是一种针对实时任务的操作系统，其设计和实现目标是为了能够满足实时任务的时限要求。
实时任务是指对于任务的响应时间要求非常严格的任务，例如在工业自动化、航空航天、医疗设备等领域中的控制任务。
一、实时操作系统原理实时操作系统的原理涉及以下几个方面：1. 实时性：实时操作系统要能够保证任务的响应时间满足其时限要求。
为了做到这一点，实时操作系统采用了一些特殊的调度算法，例如优先级调度算法和周期调度算法。
2. 可预测性：实时操作系统的行为必须是可预测的，即在一定的输入下，其输出必须是确定的。
为了达到可预测性，实时操作系统采用了一些限制机制，例如资源管理和任务切换的尽量减少。
3. 实时性与可靠性协作：实时操作系统需要确保实时任务的可靠性，即在遇到异常情况时能够正确处理。
为了做到这一点，实时操作系统采用了一些容错机制，例如异常处理和任务重启。
二、实时操作系统的应用案例实时操作系统广泛应用在许多领域，下面是一些实时操作系统应用案例：1. 工业自动化：在工业自动化中，实时操作系统被用于控制和监控终端设备。
实时操作系统能够实时响应设备的控制命令，并进行数据采集和处理，以实现对设备的精确控制。
2. 航空航天：在航空航天领域，实时操作系统被用于控制飞机、导弹等载具。
实时操作系统能够实时响应飞行控制指令，并对系统状态进行监控和预测，以确保载具的安全和稳定飞行。
3. 医疗设备：在医疗设备中，实时操作系统被用于控制和监控医疗设备的运行。
实时操作系统能够实时响应医疗设备的操作指令，并对设备的感知和检测数据进行处理，以保证医疗设备的准确性和可靠性。
4. 智能交通：在智能交通领域，实时操作系统被用于控制和管理交通系统。
实时操作系统能够实时响应交通信号灯的切换指令，并进行交通流量的检测和优化调度，以提高交通系统的效率和安全性。
步骤：1. 确定实时任务的需求：首先需要明确实时任务的具体需求，包括任务的时限要求、可靠性要求等。
操作系统原理与应用解析
操作系统原理与应用解析第一章：操作系统的基本概念与组成1.1 操作系统的定义和作用1.2 操作系统的基本功能1.3 操作系统的组成结构1.4 操作系统与硬件的关系第二章：进程管理2.1 进程概念与特征2.2 进程控制块（PCB）的结构与功能2.3 进程调度算法2.4 进程同步与互斥2.5 进程通信机制第三章：存储管理3.1 存储管理的基本概念3.2 程序的装入与链接过程3.3 内存分配与回收策略3.4 虚拟存储技术的原理与实现3.5 页面置换算法及相关优化第四章：文件管理4.1 文件系统的概念与组织4.2 文件操作的基本功能4.3 文件目录结构与文件控制块（FCB）4.4 文件共享与保护机制4.5 文件系统的实现与优化第五章：设备管理5.1 设备管理的基本概念5.2 设备分配与指派策略5.3 中断与异常处理机制5.4 设备驱动程序的编写与调用5.5 设备性能监测与优化技术第六章：操作系统的应用6.1 操作系统在计算机系统中的地位与作用6.2 实时操作系统与嵌入式系统6.3 分布式操作系统与网络管理6.4 多核与并行计算操作系统6.5 操作系统的安全性与保护机制第七章：操作系统的发展与趋势7.1 早期操作系统的发展历程7.2 当前主流操作系统的特点与应用领域7.3 云计算与操作系统的关系7.4 操作系统的未来发展方向7.5 操作系统与人工智能的结合结语：本文通过对操作系统原理与应用的解析，对操作系统的基本概念、组成、进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、操作系统的应用以及操作系统的发展与趋势等进行了详细介绍。
通过深入理解操作系统的原理与应用，可以更好地掌握计算机系统的核心技术，提高操作系统设计与开发的能力，为计算机科学与技术领域的进一步发展做出贡献。
最后，希望读者通过本文的阅读，对操作系统有更深入的认识，并能够将其应用于实际工作中。
操作系统原理与实例分析课件
磁盘调度与管理
磁盘调度
磁盘管理
06
实例分析：Linux操作系统
Linux操作系统的特点和结构
开放源代码 自由分发
支持多用户 强大的网络功能
Linux进程管理
进程的创建和管理
进程的状态
进程调度
Linux内存管理
虚拟内存
内存分配和释放
内存保护
Linux使用虚拟内存技术，将内 存分为内核空间和用户空间两 部分。用户空间可以访问虚拟 内存，但内核空间不能访问用 户空间的虚拟内存。
文件系统结构 文件类型 设备管理
07
实例分析：Windows操作系统
Windows操作系统的特点和结构
01
图形用户界面
02
多任务处理
03
多窗口管理
04
丰富的软件支持
Windows进程管理
进程定义与控制
线程调度 任务调度
Windows内存管理
分页与分段
01
内存分配与回收
02
内存保护
03
Windows文件系统与设备管理
Linux使用malloc()和free()函 数来分配和释放动态内存。动 态内存分配是在堆上进行的， 释放后需要手动释放内存。
Linux对内存进行了保护，每个 进程都有自己的内存空间，不 能访问其他进程的内存空间。 这样可以防止程序访问非法内 存地址，保证系统的安全性和 稳定性。
Linux文件系统与设备管理
文件的存储空间管理
存储空间分配
文件系统通常使用分配表或位图 来管理磁盘空间的分配。
存储空间优化
通过合理地组织和分配存储空间， 可以提高磁盘I/O性能和空间利 用率。
垃圾回收
操作系统原理解析
操作系统原理解析操作系统是计算机系统中的核心组件，它管理和协调计算机系统中的硬件资源和软件应用程序，为用户提供友好的操作界面。
在计算机科学领域，操作系统的原理包括进程管理、内存管理、文件系统、输入输出等多个方面。
本文将从这些方面对操作系统的原理进行解析。
一、进程管理进程是指在计算机中运行的程序的实例。
进程管理的主要任务是对进程的创建、调度和终止进行管理。
操作系统通过创建进程控制块（PCB）来管理进程，PCB中包含了进程的标识符、状态、程序计数器、内存分配、文件描述符等信息。
操作系统根据进程的优先级和调度算法来进行进程的调度，以保证每个进程都能得到合理的CPU时间片。
二、内存管理内存管理是操作系统对计算机内存资源的管理和分配。
操作系统通过内存管理单元（MMU）将物理地址映射到逻辑地址，以实现对内存的抽象和保护。
内存管理分为分页式、分段式和段页式等多种方式。
操作系统通过内存分配算法来管理内存的分配和回收，以满足不同进程对内存的需求。
三、文件系统文件系统是操作系统中用于管理存储设备上的文件和目录的机制。
文件系统提供了对文件的创建、读取、写入和删除等操作。
常见的文件系统有FAT、NTFS、EXT等。
操作系统通过文件控制块（FCB）来管理文件，FCB中包含了文件的属性、访问权限、存储位置等信息。
操作系统通过文件系统缓存和磁盘调度算法来提高文件的访问效率。
四、输入输出输入输出是指计算机系统与外部设备之间的数据交换过程。
操作系统负责管理和控制输入输出设备的访问。
操作系统通过设备驱动程序来与输入输出设备进行通信，通过缓冲区和中断处理等机制来提高输入输出的效率。
操作系统还提供了文件和网络输入输出的接口，使用户能够方便地进行文件读写和网络通信。
综上所述，操作系统原理涵盖了进程管理、内存管理、文件系统和输入输出等多个方面。
通过对这些原理的深入理解，我们可以更好地理解和使用操作系统。
操作系统的设计和实现需要考虑到系统的性能、可靠性和安全性等因素，这对计算机科学领域的研究和开发具有重要意义。
计算机操作系统原理与实例分析课件完整版全
“虚拟机”：一个裸机在每加 上一层软件后，就变成了一个功能 更强的机器，把这“新的更强功能 的机器”称作虚拟机。
OS的地位：紧挨硬件层的第一 层软件，对硬件进行首次扩充，同 时又是其他软件运行的基础。
*资源管理的观点
资源管理的观点是目前对操作系统 描述的主要观点，操作系统资源管理的主 要功能如下：
2. 独占性：各终端用户感觉到 自己独占了计算机；
3. 交互性：用户与计算机之间 可进行“会话”。
实时操作系统
到了60年代初，计算机开 始应用到生产过程控制、工业 控制、防空系统、信息处理等， 在这些应用中不但要解决计算 间题，还要求在规定的时间内 完成计算，即实时处理。在实 时处理中的一个核心的问题就 是响应时间问题。
计算机硬件升级和新硬件的出现 提供新的服务、方便用户使用 提高计算机资源利用率 更正软件错误 计算机体系结构的发展
*操作系统发展历程
• 手工操作阶段 • 早期批处理 • 多道程序系统 • 分时系统 • 实时操作系统 • 操作系统的进一步发展
*手工操作阶段
没有操作系统
程序员编程
准备程序带 程序员预约机时
操作系统提供的界面的 友好性和易用性成为操作系 统中的重要部分，用户在相 当的程度上以这两个标准来 判断一个系统的优劣。
*处理机管理
处理机管理主要包括进程 控制、进程同步、进程通信 和进程调度。
1、进程控制
进程控制的基本功能是创 建和撤消进程以及控制进程 的状态转换。
2、进程同步
进程同步是指系统对并 发执行的进程进行协调
综上所述，我们可以得出操作系
统的概念：
操作系统是计算机系统中的一 个系统软件，管理和控制计算机系 统中的硬件和软件资源，合理地组 织计算机的工作流程，以便有效利 用这些资源为用户提供一个功能强 大、使用方便的工作环境，从而在 计算机与用户之间起接口的作用
操作系统原理与实例分析
动态映射：动态重定位
• 操作系统将程序装入内存以后，并不立即把目 标程序中的逻辑地址转换为物理地址，而是在 处理机执行每一条指令时进行地址转换。 • 复杂且费时。
• 为了系统效率，处理机中设置了专门的高速硬 件，自动完成地址转换，这样的硬件被称作地 址管理部件，如图3.2所示。
CPU
程序指令 地址管理部件
• 固定分区存在内零头，浪费存储空间： • 异长分区较等长分区可以一定程度上提 高系统的性能，但并不能彻底解决问题。
分页式划分(Paging)
• 为了提高内存资源的利用率，可以考虑将分区 长度缩小，减少内零头浪费的空间。
• 但是，这样做必须有一个前提，即进程可以分 配若干不连续的存储空间。否则，小分区可能 使更多的进程无法装入内存。
存储分配步骤
• 首先，根据系统的内存分配算法，在空 闲的内存分区中寻找到一块满足进程需 要的内存空间，将其分配给进程。 • 然后，更新进程的资源分配清单、内存 分配情况清单等数据结构。
内存的回收
• 更新相应的数据结构，将回收的内存空 间标识为“空闲可用”就行了。 ？ ？ ？ ？ 该内存空间是否可以被回收 被其他进程共享 属于相应的进程 与相临的空闲空间进行合并
储系统
存储扩充
• 虚拟存储系统在逻辑上对外是一个整体， 用户感觉到系统提供了一个非常大的 “内存”空间。 • 操作系统负责完成内存与外存之间的透 明切换：进程运行时将需要的数据或代 码从外存装入内存，并将内存中暂时不 用的部分交换到外存。
3.2
内存划分与分配技术
内存划分
• 静态划分：划分预先进行，创建新进程 时，在内存中找到一个合适的分区分配 给它。 • 动态划分：系统初始化时，可以将整个 内存的用户区看作一个分区。创建新进 程时，根据进程申请的空间大小，在这 个分区中动态地为之划分一部分空间。
操作系统教学实践(3篇)
第1篇一、引言操作系统是计算机科学与技术领域的重要基础课程，它涉及计算机系统的资源管理、进程管理、存储管理、文件系统等多个方面。
为了提高学生对操作系统的理解和掌握程度，本文将从教学实践的角度，探讨如何进行操作系统教学。
二、教学目标1. 使学生掌握操作系统的基本概念、原理和关键技术；2. 培养学生分析和解决实际问题的能力；3. 增强学生的团队协作和创新能力；4. 提高学生的编程能力和动手能力。
三、教学内容1. 操作系统概述：介绍操作系统的定义、发展历程、分类和特点；2. 进程管理：讲解进程的概念、进程状态、进程调度算法和进程同步与互斥；3. 存储管理：分析内存分配策略、页面置换算法和虚拟内存技术；4. 文件系统：探讨文件系统的概念、目录结构、文件操作和存储设备管理；5. 设备管理：介绍设备的分类、驱动程序、I/O控制方式和中断处理；6. 网络操作系统：讲解网络操作系统的基本概念、网络协议、网络设备管理和网络安全。
四、教学实践1. 案例教学：通过实际案例，引导学生分析操作系统的原理和应用。
例如，以Linux系统为例，讲解进程调度、内存管理和文件系统等知识点。
2. 实验教学：设计实验项目，让学生动手实践操作系统的相关知识。
实验项目包括：（1）进程调度实验：让学生编写进程调度算法，实现进程的创建、调度和同步。
（2）内存管理实验：让学生实现内存分配、页面置换和虚拟内存等技术。
（3）文件系统实验：让学生实现文件系统的目录结构、文件操作和存储设备管理。
（4）设备管理实验：让学生编写设备驱动程序，实现设备的控制和管理。
3. 项目教学：以实际项目为背景，让学生分组完成项目开发。
项目可以包括：（1）操作系统模拟器：让学生模拟操作系统的运行过程，加深对操作系统原理的理解。
（2）嵌入式操作系统开发：让学生了解嵌入式操作系统的特点，掌握嵌入式开发技能。
（3）分布式操作系统开发：让学生了解分布式系统的原理，掌握分布式操作系统的开发方法。
《操作系统原理》PPT课件 (2)教学文稿
void *runner(void *param)
{
int upper=atoi(param);
int i;
sum = 0;
if (upper >0)
for ( i = 1; i <=upper; i++)
sum +=i;
pthread_exit(0);
}
12
三、并发控制：互斥与同步 并发（Concurrent） 与并行（Parallel） 临界资源(critical resource)
2
二、OS的分类
批系统 （batch system） ➢ 成批提交作业，作业完成或无法继续执行时发生切换
交互（分时）系统（interactive, Time-sharing system) ➢ 多个用户（应用程序）分享计算机资源 Windows, Linux, …
实时系统（Real-time system） ➢ 满足应用的时间约束要求 VxWorks, QNX, …
《操作系统原理》PPT课 件 (2)
第一部分 操作系统概述
一、操作系统的功能
▪ 实现对计算机资源的管理 (CPU, 存储器，I/O设备） ▪ 控制应用程序的执行 ▪ 提供应用程序访问计算机资源的接口（系统调用） ▪ 实现对操作系统内核及应用程序的保护
操作系统给计算机一个灵活的大脑、 一个强健的心脏和突出的个性
，如此反复。请用信号量解决这些进程的同步互斥问题。
答：本题中需要定义下述变量和信号量：
data_type buffer[M]; /* data_type对应于所需要的数据类型，如int、float等
*/
int in=0； /* 用来指示下一个可存放数据的缓冲区 */
操作系统原理与实例分析
？
程序在内存中如何组织
• 连续存储 : 需要内存中的一块连续的、 足够大的分区。 • 如果内存中没有足够大的连续空闲分区， 但存在总量足够的独立小分区，即 外零 头 。系统要么拒绝分配空间，要么采用 紧凑技术拼接外零头。
• 非连续存储 ：允许进程的程序和数据分 别装在内存的不同分区中。 • 必须登记一个进程分到的所有分区的位 臵、大小、使用情况（如是否共享等） 等信息。 • 常用的非连续存储技术：分页存储技术、 分段存储技术及其结合。
模块1 … if x > 1 then call mm1 else call mm2 … 模块mm1 链接
模块1 … if x > 1 then 模块mm1
？执行
else 模块mm2 … ？执行
模块mm2
(a) 目标模块
(b) 装入模块
图3.11 目标模块链接成装入模块
动态链接
• 指，不用事先链接所有目标模块形成一 个完备的装入模块，而是生成一个含有 未被链接的外部模块引用的装入模块， 这些外部模块可以在装入时链接，或运 行时链接。
… 4KB的二级页表 … 4MB的一级页表
4GB的用户进程
图3.19 4GB进程的二级页表结构
多级页表
• 对于某些机器，二级页表也可能非常大。可以 采用多级页表，对外层页表再进行分页，将各 个页面离散地存储到不相邻接的物理页框中 • 虽然，对大页表而言，多级页表方法消除了对 较大的连续内存空间的需要，但并未解决大页 表占用较大的内存空间的问题，建立多及页表 反而会增加额外的存储空间。
程序部分 界限寄存器 比较器 物理地址 数据部分 越界中断
图3.13 连续存储管理的地址转换和越界检查
简单分页存储管理
操作系统原理与实例分析
第二章进程管理1本章要点基础：进程描述及控制策略：进程调度实现：互斥与同步避免：死锁与饥饿解决：几个经典问题关于：进程通信22.1 进程的引入3程序顺序执行程序：源代码程序、目标程序和可执行程序程序执行：编辑、编译、链接、执行程序的结构：顺序结构、分支结构和循环结构4程序顺序执行程序顺序执行的特征：顺序性、封闭性、可再现性5程序并发执行多道程序设计技术：多个程序并发执行程序并发执行时的特征：间断性、非封闭性、不可再现性6程序并发执行引发的问题协调各程序的执行顺序例如，当输入的数据还未全部输入内存时，计算必须等待多个执行程序共享系统资源，程序之间可能会相互影响，甚至影响输出结果选择哪些、多少个程序进入内存执行？内存中的执行程序谁先执行，谁后执行？内存如何有效分配？7进程的概念定义：可并发执行的程序，在一个数据集合上的运行过程。
申请/拥有资源∽调度（线程）程序：静态概念，是指令和数据的集合，可长期存储进程与程序对应关系：- 一个程序可以对应一个进程或多个进程- 一个进程可以对应一个程序，或者一段程序8进程的特征动态性并发性独立性异步性9引入进程带来的问题增加了空间开销：为进程建立数据结构额外的时间开销：管理和协调、跟踪、填写和更新有关数据结构、切换进程、保护现场更难控制：- 协调多个进程竞争和共享资源如何预防- 解决多个进程因为竞争资源而出现故障处理机的竞争尤为突出10进程的结构组成（进程映像）: 程序、数据集合、进程控制块PCB (Process Control Block )PCB是进程存在的唯一标志。
创建进程时，创建PCB；进程结束时，系统将撤消其PCB。
11PCB进程标识信息：进程的内部和外部标识符处理机状态信息：通用寄存器值、指令计数器值、程序状态字PSW值、用户栈指针值进程调度信息：进程状态、进程优先权、进程调度的其它信息其它信息：程序及数据地址、进程同步和通讯机制、资源清单、链接指针12PCB的组织方式之一-- 单一队列所有进程的PCB通过链表组织成为一个单一队列。
(完整版)操作系统原理在生活中的应用
班级：电子商务092 学号：姓名：陈家文指导教师：日期：2010-12-12以下是生活中运用到操作系统思想的例子：1、管理对象资源有限性思想在现实生活中，资源是极其有限的，循环经济就是最大限度地发挥资源的利用率，许多资源是不可再生的，在管理中必须树立资源是极其宝贵的思想，管理策略的选定是紧密围绕最大限度利用资源来决定。
操作系统的管理策略就是建立在一定的硬件资源基础上的。
例如，计算机系统的速度慢，就操作系统而言，不能通过更换CPU、扩充内存、增加Cache、提高I/O设备的处理速度来解决。
而是改进操作系统的管理策略，使CPU和各种设备谐调地动起来，避免出现空转等待情况。
换言之，再大的内存，如Windows系统，当打开足够多的任务后，系统的内存也会被耗尽，甚至造成死机现象。
总之，操作系统的各种管理策略必须建立在有限资源的思想上，这是根本性的问题。
2、管理策略要体现平等的思想在分时操作系统中，处理机调度使用时间片轮转法。
该方法要求将一段时间划分为固定大小的很小的时间段，称为时间片，每个进程一次只能占用一个时间片的处理机时间，即使进程运行没有结束，也必须被撤换下来，以便就绪的下一个进程使用；被换下的进程直到下一次轮到自己时才能使用处理机。
这种策略就是现实生活中平等思想的最好体现。
如法律面前人人平等，不论官位高低、富有和贫贱都是平等的。
平等的思想，克服了有些进程长时间占用处理机而造成其他一些进程长时间等待，进而造成多个用户在使用计算机时，某些用户一直得不到或长时间得不到系统服务，最终造成系统响应差的问题。
3、均衡与优先相统一的思想操作系统中，只要有多选一的情况，就要发生调度，如多个后备状态的作业在进入执行状态时，多个就绪进程进入运行状态时，多个虚页进行交换时，一个设备分配给多个进程时，都会发生调度。
只要调度，就存在一个策略选择的问题。
如作业调度时的短作业优先法、最高响应比优先法、先来先服务法、优先级法、轮转法等。
操作系统原理与实例分析.ppt
虚拟存储分段技术
• 建立在简单存储分段系统基础上，利用动态分 区技术分配存储空间，并以段作为交换的单位。
• 进程执行之前，系统为之分配几个必要的内存 分区，每一个分区中装入一段。
• 当进程执行过程中，出现缺段中断时，操作系 统将为进程装入需要的程序段。
虚拟存储分段：数据结构
• 因此，需要修改段表，增加“存在”字 段和“修改”字段，分别标明对应段是
驻留集管理
• 进程的驻留集指，虚拟存储系统中，每
个进程驻留在内存的页面集合，或进程 分到的物理页框集合。
• 驻留集管理主要解决的问题是，系统应
当为每个活跃进程分配多少个页框。
影响页框分配的主要因素
• 分配给每个活跃进程的页框数越少，同 时驻留内存的活跃进程数就越多，进程 调度程序能调度就绪进程的概率就越大。 然而，这将导致进程发生缺页中断的概 率较大；
• 可变分配策略不仅需要操作系统软件专门的支 持，而且，还需要处理机平台提供的硬件支持
页面放置策略
• 解决的问题：系统应当在内存的什么位置为活
跃进程分配页框？ • 一般地，对于一个分页系统或段页式系统，将
进程的一个页面装入哪一个页框无关紧要。 • 对于分段系统，需要考虑将一个程序段装入哪
一个合适的分区中，可采用的分配算法包括首 次适应法、下次适应法、最佳适应法或最差适 应法等。
得非常繁忙，但是吞吐量很低，甚至产出为零。
• 根本原因：选择的页面或段不恰当。
虚拟存储分页技术
• 建立在简单分页存储管理系统之上，是 目前常用的一种虚拟存储管理技术。
地址变换
• 基于简单存储分页系统增加了某些功能，如产 生和处理缺页中断，以及从内存中换出页面等。
• 进程执行时，首先通过根据逻辑地址中的页号，
操作系统原理与实例分析PPT课件第一章 操作系统概述精品文档
*操作系统发展历程
手工操作阶段 早期批处理 多道程序系统 分时系统 实时操作系统 操作系统的进一步发展
*手工操作阶段
没有操作系统
程序员编程
准备程序带 程序员预约机时
一种是静态分配。
另一种是动态分配。
2、内存保护
为保证各道程序都能在自 己的内存空间运行而互不干 扰，要求每道程序在执行时 能随时检查对内存的所有访 问是否合法。因此，需要内 存保护功能。
3、地址映射
逻辑地址：是指由目标程
序所限定的地址范围称为该 程序的地址空间，该地址空 间中的地址成为逻辑地址。
操作系统为计算机用户提供了 两种接口：
用户接口（User Interface） 编程接口 (Application Programming
Interface,简称API)
通过操作系统为计算机用户提 供了两种接口，用户可以通过三种方 式使用操作系统：
使用键盘命令或Shell命令语言 利用鼠标器等点击窗口中的图标 调用操作系统内部功能模块，即 系统调用接口
装入与运行。凡是运行同一程序的都尽可能一 次装入与多次运行，每次运行都需要系统操作 员判断结果与手工装卸数据带
修改程序
程序员取结果
结束
成功了吗
*第一代操作系统：单道批 处理系统
第一个操作系统就是一个 监控程序
单道批处理系统的操作过程 开机
程序员编程、输入、提交（卡片叠）
硬件自动装入监控程序， 进入内存约定地址并运行
方法1中使用INT的程序很简单，程 序员不再需要与接口寄存器打交道， 只需要一个简单的调用即可。实际的 打印工作就通过INT命令调用交给 Window/DOS操作系统来完成，即 由Window/DOS来实际读写打印机 接口寄存器，也就是说，
操作系统原理实验
操作系统原理实验操作系统是计算机系统中最核心的部分之一，它负责管理和控制计算机的硬件和软件资源，为用户提供一个良好的工作环境。
操作系统原理实验是计算机相关专业的学生必修课程之一，通过实验学习，可以更深入地理解操作系统的原理和工作机制，提高对操作系统的理解和应用能力。
实验一，进程管理。
进程是操作系统中最基本的概念之一，它是程序执行的基本单位。
在进程管理实验中，我们可以学习到进程的创建、调度、同步和通信等内容。
通过编写程序模拟进程的创建和调度过程，可以更直观地理解操作系统是如何管理进程的。
实验二，内存管理。
内存管理是操作系统中的重要内容之一，它负责管理计算机的内存资源，包括内存的分配与回收、内存的保护和共享等。
在内存管理实验中，我们可以学习到内存分配算法、地址转换技术以及虚拟内存的实现原理。
通过编写程序模拟内存分配和回收的过程，可以更好地理解操作系统是如何管理内存的。
实验三，文件系统。
文件系统是操作系统中负责管理存储设备上的文件和目录的部分，它提供了对文件的读写和管理功能。
在文件系统实验中，我们可以学习到文件的组织结构、文件的存储管理和文件的访问控制等内容。
通过编写程序模拟文件的创建、读写和删除过程，可以更深入地理解操作系统是如何管理文件系统的。
实验四，设备管理。
设备管理是操作系统中负责管理计算机硬件设备的部分，它包括对设备的初始化、分配和释放等功能。
在设备管理实验中，我们可以学习到设备的管理方法、设备的中断处理和设备的驱动程序设计等内容。
通过编写程序模拟设备的初始化和中断处理过程，可以更好地理解操作系统是如何管理设备的。
总结。
通过操作系统原理实验的学习，我们可以更深入地理解操作系统的原理和工作机制，提高对操作系统的理解和应用能力。
同时，实验还可以培养我们的动手能力和解决问题的能力，为今后从事计算机相关工作打下坚实的基础。
希望大家能够认真对待操作系统原理实验，取得更好的学习成绩，为将来的发展打下坚实的基础。
系统原理的案例分析
系统原理的案例分析概述系统原理是指通过对系统进行分析和研究，揭示系统内在的运行规律和机制。
在实际应用中，系统原理被广泛应用于各种领域，包括工业控制、网络安全、经济管理等。
本文将通过案例分析的方式，探讨系统原理在实际问题中的应用。
案例一：工业自动化生产线工业自动化生产线是一个复杂的系统，由多个部件和子系统组成。
通过分析生产线的各个部分，可以发现其中存在着相互关联的因果关系，并可以通过调整和优化系统的参数来提高生产效率。
在一个某电子产品生产企业的生产线中，产品的生产速度不稳定，导致了产品积压和生产效率低下的问题。
使用系统原理的方法，首先对生产线的各个组件进行观察和测量，确定了系统中的瓶颈是某个特定的设备。
接下来，通过分析该设备的工作原理和参数设置，发现存在着一个过高的速度设定值，导致其工作不稳定。
通过调整设备的参数，逐步降低了速度设定值，使设备工作更加稳定。
同时，通过对其他部件的系统优化，进一步提高了整个生产线的工作效率。
最终，产品的积压问题得到解决，生产效率显著提高。
这个案例表明，通过分析和优化系统的参数，可以改善系统的整体性能，提高生产效率。
案例二：网络安全防护系统在网络安全领域，系统原理的应用尤为重要。
网络安全防护系统由多个不同的组件和技术构成，如防火墙、入侵检测系统、数据加密等。
通过分析系统的工作原理和挖掘潜在的风险，可以有效地保护网络系统免受各种威胁。
以某企业内部网络安全为例，该企业使用了一个基于防火墙和入侵检测系统的网络安全防护系统。
通过分析这个系统，发现存在着一个误报率较高的问题，导致了大量的合法访问被误报为攻击行为。
通过对系统原理的分析，发现误报率较高的原因是防火墙和入侵检测系统的参数设置过于严格，忽略了一些合法的访问请求。
通过调整相应的参数，降低了系统的误报率，并且保证了对真实攻击行为的及时响应。
通过这个案例可以看出，系统原理的应用可以帮助我们发现和解决网络安全系统中的问题，提高系统的安全性和可靠性。
操作系统原理与实例分析PPT课件第二章 进程管理.ppt
进程的程序部分在内存及外存的地址，或 描述程序地址信息的段表地址、页表地址等。
* 数据地址 进程的数据部分在内存及外存的地址，或
描述数据地址信息的段表地址、页表地址等。 * 状态
进程当前所处的状态，即就绪状态、执行 状态及阻塞状态，已经被创建的进程的状态必 为此三者之一。
* CPU状态保护区
CPU状态信息主要由通用寄存器、程序计 数器PC、程序状态字PSW以及用户栈指针等组 成，也称为中断点现场信息。CPU状态保护区 用以保护进程被中断而暂停执行时CPU的状态 信息，以便进程重新获得CPU时能够重布现场， 从上次被中断处继续执行。
* 进程优先级
进程优先级是用以描述进程使用处理机的 优先级别的整数，是优先级调度算法中调度的 依据。通常数值越小，优先级别越高。优先级 可以处理成不变的，称为静态优先级，也可以 处理成可变的，称为动态优先级。
PCB包含了进程的描述信息和控制信息，通常有如下项目： (1) 标识符 (2) 存贮信息 (3) 现场状态 (4) 优先数 (5) 现场信息 (6) 链接字(或称队列指针) (7) 族系关系 (8) 资源清单 (9) 其他
* 标识符
分为外部标识符和内部标识符。外部标识 符由创建进程者提供，通常由字母、数字等组 成，在用户或其它进程访问该进程时使用。内 部标识符是一个整数。在操作系统的PCB表区 中，有多个PCB表，每个PCB表有一个序号，通 常将这个序号做为内部标识符，以方便系统使 用。
… 还可有许多其它组合…
程序1
程序2
目
…
标 R1=X
程 R1=R1+1
序 X=R1
… R2=X R2=R2+1 X=R2
…
…
操作原理实验报告
一、实验目的1. 理解操作原理的基本概念和原理；2. 掌握操作原理实验的基本步骤和方法；3. 通过实验，加深对操作原理的理解和应用。
二、实验原理操作原理是研究操作过程和操作系统的基本理论，主要包括操作系统的功能、组成、调度、存储管理、设备管理、文件系统等方面。
本次实验主要涉及操作系统的存储管理和设备管理。
1. 存储管理：存储管理是操作系统对内存资源进行管理的一种机制，主要功能包括内存分配、内存回收、内存保护等。
内存分配是将内存空间分配给进程使用，内存回收是将不再使用的内存空间释放，内存保护是为了防止进程之间相互干扰。
2. 设备管理：设备管理是操作系统对硬件设备进行管理的一种机制，主要功能包括设备分配、设备回收、设备驱动等。
设备分配是将硬件设备分配给进程使用，设备回收是将不再使用的设备回收，设备驱动是为设备提供驱动程序，以便操作系统能够控制设备。
三、实验内容1. 实验一：内存分配实验（1）实验目的：了解内存分配的基本原理和方法。
（2）实验原理：采用固定分区分配策略，将内存划分为若干固定大小的分区，进程按照需要申请分区。
（3）实验步骤：① 初始化内存分区；② 进程申请内存分区；③ 分配内存分区；④ 进程释放内存分区；⑤ 统计内存分配和回收情况。
2. 实验二：内存回收实验（1）实验目的：了解内存回收的基本原理和方法。
（2）实验原理：当进程释放内存时，操作系统回收该内存空间，并将其标记为空闲状态。
（3）实验步骤：① 初始化内存分区；② 进程申请内存分区；③ 进程释放内存分区；④ 回收内存分区；⑤ 统计内存分配和回收情况。
3. 实验三：设备分配实验（1）实验目的：了解设备分配的基本原理和方法。
（2）实验原理：采用先来先服务（FCFS）策略，按照进程请求设备的顺序分配设备。
（3）实验步骤：① 初始化设备；② 进程请求设备；③ 分配设备；④ 释放设备；⑤ 统计设备分配和回收情况。
4. 实验四：设备回收实验（1）实验目的：了解设备回收的基本原理和方法。
操作系统原理实验报告
操作系统原理实验报告操作系统原理实验报告1. 实验背景操作系统是计算机系统中的核心软件之一，负责管理和控制计算机硬件资源，提供给应用程序一个良好的运行环境。
为了更好地理解和掌握操作系统的原理，我们进行了操作系统原理实验。
2. 实验目的通过实验，我们的目的是深入了解操作系统的各个组成部分，包括进程管理、内存管理、文件系统等，并学习如何使用相关工具进行操作系统的开发和调试。
3. 实验环境在实验中，我们使用了一台配置较高的计算机，安装了Linux操作系统，并安装了相关的开发工具和调试工具。
4. 实验过程4.1 进程管理实验在进程管理实验中，我们学习了进程的创建、调度和终止等操作。
通过编写简单的程序，我们可以创建多个进程，并观察它们的执行顺序和并发性。
4.2 内存管理实验在内存管理实验中，我们学习了内存的分配和释放。
通过编写程序，我们可以模拟内存的分配和释放过程，并观察内存的使用情况和碎片化程度。
4.3 文件系统实验在文件系统实验中，我们学习了文件的创建、读写和删除等操作。
通过编写程序，我们可以创建文件、写入数据，并读取和删除文件。
5. 实验结果与分析在实验过程中，我们成功地完成了进程管理、内存管理和文件系统的实验。
通过观察实验结果，我们发现操作系统能够很好地管理和控制计算机资源，提供给应用程序一个良好的运行环境。
6. 实验感想通过这次操作系统原理实验，我们深入了解了操作系统的原理和工作机制。
我们不仅学会了使用相关工具进行操作系统的开发和调试，还对操作系统的各个组成部分有了更深入的理解。
7. 实验总结操作系统原理实验是我们深入学习操作系统的重要环节。
通过实验，我们不仅巩固了理论知识，还提高了实际操作的能力。
希望今后能够继续深入学习操作系统的原理和应用，为计算机系统的设计和开发做出贡献。
8. 参考文献[1] Silberschatz, A., Galvin, P. B., & Gagne, G. (2018). Operating System Concepts. Wiley.9. 致谢感谢指导老师在实验中的悉心指导和帮助，使我们能够顺利完成实验任务。
操作系统原理实验报告(最终版)
[键入文字]XX学校实验报告课程名称：学院：专业班：姓名：学号：指导教师：2011 年3 月目录实验1 进程管理 (3)一、实验目的 (3)二、实验内容 (3)三、实验要求 (3)四、程序说明和程序流程图 (4)五、程序代码 (5)六、程序运行结果及分析 (7)七．指导教师评议 (8)实验2 进程通信 (9)一、实验目的 (9)二、实验内容 (9)三、实验要求 (9)四、程序说明和程序流程图 (9)五、程序代码 (11)七．指导教师评议 (14)实验3 存储管理 (15)一、实验目的 (15)二、实验内容 (15)三、实验要求 (15)四、程序说明和程序流程图 (16)六、程序运行结果及分析 (23)七．指导教师评议 (23)实验4 文件系统 (24)一、实验目的 (24)二、实验内容 (24)三、实验要求 (24)四、程序说明和程序流程图 (24)五、程序代码 (26)六、程序运行结果及分析 (26)七．指导教师评议 (27)实验1 进程管理一、实验目的1. 弄清进程和程序的区别，加深对进程概念的理解。
2. 了解并发进程的执行过程，进一步认识并发执行的实质。
3. 掌握解决进程互斥使用资源的方法。
二、实验内容1. 管道通信使用系统调用pipe( )建立一个管道，然后使用系统调用fork( )创建2个子进程p1和p2。
这2个子进程分别向管道中写入字符串：“Child process p1 is sending message！”和“Child process p2 is sending message！”，而父进程则从管道中读出来自两个子进程的信息，并显示在屏幕上。
2. 软中断通信使用系统调用fork( )创建2个子进程p1和p2，在父进程中使用系统调用signal( )捕捉来自键盘上的软中断信号SIGINT(即按Ctrl-C)，当捕捉到软中断信号SIGINT后，父进程使用系统调用kill( )分别向2个子进程发出软中断信号SIGUSR1和SIGUSR2，子进程捕捉到信号后分别输出信息“Child process p1 is killed by parent！”和“Child process p2 is killed by parent！”后终止。
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引言课程特点：概念多、原理性强、较抽象课程学习目的:基础核心课、有利于对计算机系统的理解和软件开发课程学习方法:以问题驱动学习、理论联系实际课程学习难点:概念、原理、算法、数据结构教师姓名：蒲晓蓉E-mail:puxiaor@1参考书籍Operating System Internals and Design principles,William Stallings,TsingHua University Press Applied Operating System Concepts,Abraham Silberschatz etc.,Higher Education Press计算机操作系统，汤子瀛etc.,西安电子科技大学出版社（第3版）2课程内容安排第一章操作系统概述第二章进程管理第三章存储管理第四章外部设备管理第五章文件管理3第一章操作系统概述4本章要点计算机系统结构：了解操作系统的地位什么是操作系统：四种基本观点现代操作系统的特征、功能、类型基本概念：批处理、多道程序设计、作业、任务、进程与线程、接口、虚拟存储、文件51.1计算机系统资源6计算机系统资源分类软件：系统软件（操作系统及实用程序）、应用软件硬件：处理机（CPU）、内存（条）、外部I/O设备（显示器、键盘、鼠标、打印机、磁盘、磁带、扫描仪…），以及系统总线7图1.1计算机系统结构应用软件操作系统计算机硬件系统软件终端用户程序员操作系统设计者81.2什么是操作系统9关于现代操作系统的四种基本观点从外部看操作系统-计算机用户的观点：用户环境观点-应用程序员的观点：虚拟机器观点从内部看操作系统-OS开发者观点之一：资源管理观点-OS开发者观点之二：作业组织观点10关于现代OS的四种基本观点之一--用户环境观点该观点认为，操作系统是计算机用户使用计算机系统的接口，它为计算机用户提供了方便的工作环境。
计算机用户：终端用户、程序员和系统设计者操作系统提供的接口-用户接口（User Interface，也称为命令接口）-程序接口（系统调用，也称为应用编程接口,Application Programming Interface，简称API）11用户接口(用户)命令：指计算机用户要求计算机系统为其工作的指示。
字符形式：较灵活但因繁琐而难记命令的表示形式：菜单形式图形形式：因直观而易记但不灵活脱机使用方式（off-line）命令的使用方式：联机使用方式(on-line)12关于现代OS的四种基本观点之二--虚拟机器观点该观点认为，操作系统是建立在计算机硬件平台上的虚拟机器，它为应用软件提供了许多比计算机硬件功能更强或计算机硬件所没有的功能。
操作系统在虚拟机中充当管理员和协调员的角色,管理计算机的软硬件资源,并协调多任务、多进程的运行。
扩充：功能、计算机数量13关于现代OS的四种基本观点之三--资源管理观点该观点认为，操作系统是计算机系统中各类资源的管理者，它负责分配、回收以及控制系统中的各种软硬件资源。
跟踪资源的使用状况、满足资源请求、提高资源利用率,以及协调各程序和用户对资源的使用冲突。
-监视资源-分配/回收资源-保护资源14关于现代OS的四种基本观点之四--作业组织观点该观点认为，操作系统是计算机系统工作流程的组织者，它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行次序。
用于巨型机和大型服务器上，以批文件方式提交作业，请求主机逐个运行。
主机操作系统负责组织、协调各个作业的运行，报告执行结果或错误信息。
减少了人工干预，提高了系统的效率。
这种工作方式有利于有效利用造价高且性能强大的主机资源。
15操作系统的定义操作系统是计算机系统中的一个系统软件,管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源,合理地组织计算机的工作流程,以便有效利用这些资源为用户提供一个功能强、使用方便的工作环境,从而在计算机与用户之间起到接口的作用。
161.3操作系统的形成与发展17操作系统的简历50年代中期，第一个简单批处理操作系统60年代中期，多道程序批处理系统不久，分时系统、实时系统80年代，微机及网络操作系统18什么推动着操作系统的发展计算机硬件升级和新硬件的出现提供新的服务，方便使用提高计算机资源利用效率更正软件错误计算机体系结构的发展：单处理机系统、多处理机系统、分布式系统、计算机网络19手工操作时期，没有操作系统早期的电子数字计算机是由成千上万个电子管组成操作和编程完全由手工进行,且编程只能用机器语言(二进制代码)程序员同时也是操作员在上机期间独占整台计算机及其它相关设备，效率非常低20单道批处理系统，早期操作系统程序员首先将命令、程序和数据用汇编语言或FORTRAN语言写在纸上,然后用穿孔机制成卡片,最后将这些卡片交给操作员21批处理程序(又称为监督程序，或管理程序),管理应用程序的运行。
操作步骤：1.收集一批作业(卡),用专用I/O计算机将作业逐个读到磁带上保存起来。
2.批处理程序将磁带上的第一个作业读入计算机，运算结束后将结果输出到输出磁带上。
3.自动读入下一个作业,并运行。
4.当一批作业全部执行结束后,取下输入磁带和输出磁带,用输入磁带录入下一批作业,将输出磁带送到专用输出计算机,进行脱机打印。
22单道批处理系统:评价解决了作业间的自动转接问题,减少了机器时间的浪费。
不管作业大小,只要它一旦占用处理机开始执行,则它必须一直占据处理机,直到运行完毕。
资源利用率低。
对短作业不公平,因为它们等待执行的时间可能远远超过它们实际执行的时间。
交互性差。
作业由批处理程序控制运行,用户无法实时控制,如果运行中途出现故障,也只能停下来,重新运行。
23多道批处理系统现代意义的操作系统引入：单道批处理系统中，任意时刻只允许一道作业在内存中运行，资源利用率低。
为了提高系统资源利用率和系统吞吐量，形成了多道批处理系统24多道批处理系统多道是指，允许多个程序同时存在于主存中，按照某种原则分派处理机，逐个执行这些程序。
批处理：用户提交的作业首先存放在外存，并排成一个队列。
然后，由作业调度程序按照一定的算法从该队列中一次选取一个或若干个作业装入内存执行。
25处理机自动切换当某个程序占用处理机执行过程中遇到了输入/输出语句，可以启动专门负责输入/输出的系统服务程序完成输入/输出操作，而处理机切换到另一个程序执行26时间运行运行程序A等待等待运行等待等待程序D运行等待等待程序C运行运行等待等待等待程序B从处理机看运行A运行B运行C运行D等待运行A运行B等待图1.3多道程序设计示例27多道程序设计技术为了提高系统吞吐量和资源利用率，允许多个程序同时驻留内存，使处理机在这些程序之间切换，在一段时间内，执行完多个程序的处理技术称为多道程序设计技术（multiprogramming）。
现代操作系统大多都采用了多道程序设计技术。
28多道程序设计技术引发的问题处理机的分配与回收内存的分配与保护I/O设备的共享与效率文件的有效管理作业的组织29分时系统与实时系统多道批处理系统：提高了资源利用率和吞吐量。
但是，批处理系统交互性很差。
为了改进响应时间和性能,提供交互式操作环境,导致了分时系统的出现。
分时系统的实质是，在多道程序技术的基础之上,为多个用户配置一个联机终端30分时系统—联机系统服务器31分时系统实例第一个分时系统：MIT的兼容分时系统CTSS它是一个单道分时系统。
在该系统中，每次只能将一道程序（作业）装入并驻留内存。
时间片为了减少磁盘I/O，只将新装入的程序需要覆盖的那部分用户数据写出到磁盘。
假设有4个交互用户，其存储需求如下：JOB1(15000)，JOB2(20000)，JOB3(5000)，JOB4(10000)内存的0-5000区域被监控程序占用32监控程序JOB1空闲50002000032000(a)JOB2空闲05000 25000 32000 (b)监控程序JOB3 (JOB2)空闲05000 25000 32000 10000 (c)监控程序JOB1 (JOB2)空闲05000 25000 32000 20000 (d)JOB4(JOB1)(JOB2)空闲500025000320001500020000(e)监控程序JOB2空闲50002500032000(f)其中，JOB1(15000)，JOB2(20000)，JOB3(5000)，JOB4(10000)图1.4CTSS操作示例33“前台”和“后台”分时系统：分时+批处理功能内存：“前台区”和“后台区”，“前台区”存放按时间片“调入”和“调出”的作业流，“后台区”存放批处理作业。
仅当前台作业调入/调出，或前台无作业可运行时，方才运行“后台区”中的作业。
提供交互式快速的服务，同时在处理机空闲时运行后台较大的批作业。
34多道分时系统允许在内存中同时存放多道作业，并把具备运行条件的所有作业排成一个队列，让它们依次轮流地获得一个时间片来运行。
与单道分时系统相比较，由于作业数据都在内存，不需要调入、调出开销，所以多道分时系统具有较好的系统性能。
现代分时系统都属于多道分时系统。
35实时系统分时系统为交互式作业提供了快速的响应服务，但还不能满足某些对响应时间要求非常严格的任务需要。
例如，炼钢/炼油控制系统、航空网络售票系统等，对任务的响应时间有更严格的要求。
36操作系统的进一步发展个人计算机操作系统：UNIX、OS／2、Windows系列、Windows NT、LINUX等网络操作系统：网络接口控制器及一些用于驱动的低层软件,远程登录软件和远程文件访问软件。
分布式操作系统：将用户的应用程序分布在多台处理机上同时运行。
合理地调度各处理机,使整个系统获得最大的并行度。
嵌入式操作系统371.4操作系统的功能38操作系统的主要任务管理处理机管理存储器管理输入/输出设备管理数据文件提供接口服务39接口功能接口，指操作系统为用户提供的人机交互界面命令接口：以命令方式供用户通过键盘终端与计算机交互，如UNIX、DOS图形化用户接口：Windows系列操作系统则提供了形象、生动的图形化界面,用户只需拖动并点击鼠标,便可轻松操作计算机。
程序接口：以系统调用的形式供用户编程时使用。
几乎各种操作系统都提供了系统调用，供程序设计40处理机管理进程控制：创建和撤消进程以及控制进程的状态转换。
进程同步：协调，互斥访问临界资源，协调执行进度进程通信：进程间的信息交换进程调度：按一定算法从进程就绪队列中选出一个进程,把处理机分配给它,使之运行。
41存储器管理任务为多道程序的并发执行提供良好的环境;便于用户使用存储器;提高存储器的利用率;为尽量多的用户提供足够大的存储空间。
42存储器管理功能内存分配：静态分配/动态分配、连续分配/非连续分配内存保护：系统内存空间、用户内存空间地址映射：逻辑地址—>物理地址内存扩充：虚拟存储技术43设备管理任务为用户程序分配I／O设备;完成用户程序请求的I／O操作;提高处理机和I／O设备的利用率;改善人机界面44设备管理功能缓冲管理设备分配设备处理：启动设备、中断处理虚拟设备功能RAID技术、磁盘调度45文件管理任务管理用户文件和系统文件管理文件的存储空间保证文件数据的安全方便用户使用文件46文件管理功能文件目录管理文件的逻辑组织与访问方式存储空间的管理：文件的物理组织、空闲磁盘空间的管理文件共享与安全471.5现代操作系统的特征及基本概念48现代操作系统的特征任务共行性：宏观上，指系统中有多个任务同时运行；微观上，指单处理机系统中的任务并发,即多个任务在单个处理机上交替运行;或多处理机系统中的任务并行,即多个任务在多个处理机上同时运行。