操作系统原理与设计纲要
操作系统原理及应用课程设计报告
《操作系统原理及应用》课程设计报告 Linux系统服务管理及安全设计学院（系）： 计算机科学与工程学院班 级： 学号学生姓名：指导教师：时间： 从 2012 年 05 月14日 到 2012 年05月18日一、课程设计的目的本课程设计是学生学习完《计算机操作系统》课程后，进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及Linux安全服务管理，加强学生的动手操作能力。
二、课程设计要求设计一套安全的系统 Linux要求：1. 系统不能被破解密码；2. 系统不能被恶意重启；3. 只有指定用户才能ssh 登录系统，保障系统安全；4. 编写防火墙策略，保障系统安全，只开放允许访问的tcp 22, tcp 80,tcp 20 21；5.搭建一个Web网站;6.编写shell程序，阻止恶意攻击服务器的来源IP,连接服务器.三、课程设计内容3.1、 Redhat 基础及权限控制Linux 安装中的重要步骤：引导安装程序、磁盘分区、网络参数配置、密码设置、软件包选择Linux 系统引导过程:服务器硬件自检、引导MBR、引导Kernel、引导驱动及服务、自定义加载项、6种引导方式介绍（/etc/inittab)Linux root 密码破解:单用户模式，进行root密码破解Linux 加密防止 root 密码破解:明文加密 (password) 、非明文加密 (grub-md5-crypt ）Linux防止恶意重启：禁用ctrl+alt+del 重启功能 (/etc/inittab)Linux文件权限数字表示：可读 R 4、可写 W 2、可执行 X 1Linux文件权限调整：修改所有者 chown 、修改权限 chmodLinux网络参数配置：网络IP地址配置、同一网卡配置多个IP地址Linux查看IP及route：Ipconfig、 ip add、route -nLinux常用命令文件管理类：ls cat more vi cp rm find paste wc grep head tail 磁盘管理：df du fdisk mkfs mount umount系统状态：uptime last vmstat iostat top free3.2、 软件管理及Shell编程Linux rpm 包的管理 ：软件包安装、软件包升级、查询已安装的软件包Linux 源码包的管理 ：源码包安装、configure、make、make test、make install、源码包删除Linux 文本处理 ：文本编辑器、 vi 编辑器Linux Shell编程中常用命令条件测试：test 或者 []、-d 目录、-f 文件、-s 文件大小非0正则表达示：^ 行首、$ 行尾、以 $ 打头的命令、$? 上一个命令执行结果、$1 输入的第1个参数3.3、存储管理及系统管理Linux 系统常用服务管理 ：常用系统服务启动与关闭、系统设置 服务器设置 服务常用系统服务介绍Network 网络服务、sshd ssh 远程连接服务Httpd Apache Web 服务器、Smb 文件共享服务器Vsftp FTP 服务器、Bind DNS 服务器Iptables 防火墙、Linux 进程管理进程查看 top , ps –ef 结束进程 Kill id、Kill –9 idLinux 文件系统管理磁盘分区、fdisk 、格式化分区、mkfs.ext3 、挂载分区、mount、卸载分区、umountLinux 卷管理 LVM磁盘分区 fdisk （disk type id: 8e)建立 PV pvcreate pvdispaly建立 VG vgcreate vgchange -a y (激活VG） vgdisplay建立 LV lvcreate lvdisplay格式化LV make.ext3挂载 LV mount缷载LV umountLinux 系统管理 ：以图形化的形式 讲解常用系统管理 、用户和组 、日期和时间、显示Linux 系统日志管理系统日志文件位置 、/var/log/message观察日志变化、tail -f /var/log/message筛选日志内容、grep “error” /var/log/message3.4、常用服务器搭建、安全配置Linux openSSH 安全配置 (/etc/ssh/sshd_config )修改SSH服务端口：# Port 22 修改为 Port 9022修改SSH连接协议为版本2：#Protocol 2,1 修改为 Protocol 2权限只定用户连接SSH：AllowUsers user1重启ssh服务系统设置 服务器设置 服务,启动服务”sshd”、使用命令 service sshd restart使用软件连接SSH服务：在Windows上使用putty.exeLinux http服务器配置检查所需要的软件包[root@rh9 /]# rpm -qa | grep httphttpd-2.0.40-21libghttp-1.0.9-7httpd-manual-2.0.40-21redhat-config-httpd-1.0.1-18安装http服务软件包通过系统的”添加删除程序功能”进行安装、使用rpm –ivh 软件包名进行安装配置HTTP网站网页默认存放位置：/var/启动HTTP网站服务系统设置 服务器设置 服务,启动服务”httpd”、使用命令 service httpd start访问Linux Web网站： IPLinux dns服务器配置检查所需要的软件包[root@rh9 /]# rpm -qa | grep bindredhat-config-bind-1.9.0-13bind-utils-9.2.1-16ypbind-1.11-4bind-9.2.1-16安装DNS服务软件包通过系统的”添加删除程序功能”进行安装、使用rpm –ivh 软件包名进行安装配置DNS服务配置反向解析、配置正向解、异常解决 DNS服务不能启动。
操作系统原理与设计
操作系统原理与设计操作系统是计算机硬件与应用软件之间的核心软件，它的设计与原理理念直接影响着计算机系统的性能与稳定性。
本文将围绕操作系统的原理与设计展开论述，包括操作系统的基本功能、进程管理、内存管理、文件系统以及操作系统的发展趋势等。
一、操作系统的基本功能操作系统作为计算机系统中的核心，具备以下基本功能：1. 资源管理：操作系统负责对计算机系统中的各种资源进行管理，包括处理器、内存、设备等，以确保它们的高效利用。
2. 进程管理：操作系统通过进程管理功能，实现对进程的创建、调度、同步与通信等操作，保证多个进程之间的顺序和并发执行。
3. 内存管理：操作系统负责对内存空间的分配和回收，实现虚拟内存的管理，提高内存的利用率和计算机系统的运行效率。
4. 文件系统：操作系统通过文件系统管理计算机系统中的文件和目录结构，提供文件的读写和管理功能，实现文件的共享和保护等。
5. 用户接口：操作系统向用户提供友好、易用的用户接口，使用户能够方便地操作计算机系统，实现各种任务。
二、进程管理进程管理是操作系统的核心功能之一，它负责对进程的创建、调度和终止等操作，保证多个进程的有序执行。
1. 进程的创建：操作系统通过创建新进程来实现任务的并发执行，包括为新进程分配资源、建立进程控制块等操作。
2. 进程的调度：操作系统通过调度算法，根据进程的优先级、调度策略等选择下一个应该执行的进程，使多个进程能够合理、高效地共享处理器。
3. 进程的同步与通信：操作系统通过同步机制和进程间通信机制，实现进程之间的数据共享和通信，保证多个进程之间的协作和资源的共享。
三、内存管理内存管理是操作系统中重要的功能模块，它负责对计算机内存空间的管理，包括内存的分配、回收、管理和保护等操作。
1. 内存的分配与回收：操作系统通过内存分配和回收算法，将计算机的物理内存空间分配给进程使用，并在进程终止后将其回收，确保内存的高效利用。
2. 虚拟内存管理：操作系统通过虚拟内存管理机制，将物理内存与磁盘空间相结合，提供更大的内存空间给进程使用，实现内存的动态扩展和进程的高效执行。
操作系统原理与设计
操作系统原理与设计操作系统是计算机系统中最重要的软件之一，它负责管理和协调计算机硬件资源，为上层应用程序提供良好的运行环境。
本文将探讨操作系统的原理与设计。
一、操作系统的原理操作系统的原理涵盖了多个方面，包括进程管理、内存管理、文件系统和设备驱动等。
其中，进程管理是操作系统的核心之一。
1. 进程管理：操作系统通过进程管理实现对多个应用程序的并发执行。
当多个应用程序同时运行时，操作系统能够合理分配处理器时间，并保证每个应用程序都能够获得所需的计算资源。
进程管理还包括进程的创建、销毁和切换等操作，以及进程之间的通信和同步机制。
2. 内存管理：操作系统负责管理计算机的内存资源，为应用程序提供连续可用的内存空间。
内存管理涉及到内存的分配和释放，以及内存的保护和共享等问题。
操作系统通过虚拟内存技术将物理内存抽象成逻辑上的连续地址空间，为应用程序提供“假象”式的连续内存。
3. 文件系统：操作系统通过文件系统提供了对计算机存储介质的抽象和管理。
文件系统负责文件的创建、读写、删除等操作，并为应用程序提供文件的共享和权限控制等功能。
常见的文件系统包括FAT、NTFS、EXT等。
4. 设备驱动：操作系统通过设备驱动程序管理计算机的各种外部设备，包括显示器、键盘、鼠标、打印机等。
设备驱动程序能够与硬件设备进行交互，并提供统一接口给操作系统和应用程序调用。
二、操作系统的设计操作系统的设计考虑到多种因素，包括性能、可靠性、安全性和易用性等。
1. 性能：操作系统的设计必须充分考虑计算机系统的性能需求。
例如，合理的进程调度算法能够提高系统的响应速度和处理能力。
优化的内存管理算法能够提高内存的利用率和访问速度。
操作系统还可以利用多核处理器和并行计算等技术提高系统的并发性和计算能力。
2. 可靠性：操作系统的设计必须保证系统的稳定性和可靠性。
例如，操作系统需要具备故障恢复的能力，能够及时发现和处理软件和硬件故障。
操作系统还需要具备防止恶意软件和网络攻击的安全机制，确保系统不受到病毒和黑客的侵害。
操作系统原理与设计
操作系统原理与设计操作系统是计算机系统中的核心软件之一，负责协调和管理硬件资源，为用户提供良好的使用体验。
操作系统的原理与设计是其开发与实现的基础，本文将对操作系统的原理与设计进行探讨。
一、操作系统的基本原理操作系统的基本原理可以归纳为以下几个方面：进程管理、存储管理、文件系统和输入输出管理。
通过合理地实现这些原理，操作系统能够有效地管理计算机系统的各个方面。
1. 进程管理进程是指计算机中正在运行的程序的实例。
操作系统通过进程管理来分配和控制计算机系统的资源，如CPU时间、内存空间和外部设备等。
它负责进程的创建、调度和终止，保障各个进程的正常运行，避免资源的竞争和冲突。
2. 存储管理存储管理是操作系统中的重要部分，它负责管理计算机系统的内存空间。
操作系统通过内存管理来为进程分配内存区域，并进行地址转换。
此外，存储管理还负责内存的分配与回收，以充分利用有限的内存资源。
3. 文件系统文件系统是操作系统中用于管理磁盘存储器上的文件和文件夹的机制。
它提供了文件的创建、读取、写入和删除等操作，使用户能够方便地操作文件。
文件系统还负责文件的存储空间分配和数据的存储安排。
4. 输入输出管理输入输出管理是操作系统中的关键部分，它负责管理计算机系统与外部设备的数据交换。
操作系统通过输入输出管理来协调计算机系统与外部设备的通信，提供高效的输入输出服务，为用户提供良好的使用体验。
二、操作系统的设计操作系统的设计需要考虑多个方面，如兼容性、可扩展性、可靠性和安全性等。
以下是操作系统设计的几个重要方面，包括系统结构、调度算法以及用户界面。
1. 系统结构操作系统的设计可以采用不同的系统结构，如单体系统、层次系统和客户-服务器系统等。
不同的系统结构对操作系统设计的灵活性和性能有所影响，需要根据具体需求进行选择。
2. 调度算法调度算法决定了进程如何被分配CPU时间。
操作系统的设计需要选择适当的调度算法，以提高系统的吞吐量和响应时间。
《 操作系统原理》课程教学大纲
《操作系统原理》课程教学大纲Operating System Principles适用专业：计算机科学专业学分数：4 总学时：80一、本课程教学目的和任务1．目的使学生掌握操作系统的基本概念，结构，功能和管理软硬件的各种方法。
达到理解用户与操作系统接口的真正含义，为今后从事各种软硬件开发打下扎实的基础。
2．任务本课程通过对操作系统的基本概念，原理和实现方法的阐述，借助实例分析，使同学了解计算机系统的工作过程，资源管理策略以及并发活动的处理方法，以便为今后的课程学习和高级程序设计（如进程，线程，同步）打好基础。
二、本课程的基本要求学完本课程，要求同学掌握操作系统的一般原理，掌握操作系统中对各种软，硬件资源管理方法，所采用的调度策略，方法，掌握当今流行的操作系统unix windows NT先进设计思想，为今后设计大程序提供良好基础。
操作系统课程涉及知识面较广，理论性教强，因此在教学方式上采取多媒体的教学方法，及时补充新知识，并通过课堂讲授、上机操作、课堂讨论等多种教学方式强化教学。
本课程安排了18学时上机，对操作系统系统中一些经典算法如进程调度、存储管理、解决死锁的银行家问题等要求同学上机调试，上机结束要进行运行演示，解释程序，书写实验报告。
三、本课程与其他课程的关系操作系统为计算机专业的一门专业基础课，由于操作系统是加在硬件上第一层软件，所以学习这门课以前需要掌握一定软、硬件知识。
因此学习这门课之前，应很好掌握《计算机组成》，《数据结构》，《汇编语言程序设计》，《C程序设计》等相关课程。
四、课程内容1．引论操作系统形成和发展、多道程序设计概念、操作系统功能和特点、操作系统类型、操作系统发展趋势及现代操作系统的特点。
2．系统运行环境硬件环境（CPU、内存、中断、缓冲、时钟）、操作系统和其他软件关系、操作系统和人的接口。
3．进程和进程管理进程的概念、进程的基本状态、进程状态变迁图、进程控制块、进程队列、进程管理（进程创建原语、进程撤消原语，进程阻塞原语、进程唤醒原语、进程挂起原语、进程解挂原语、改变优先数原语）4．线程线程的概念、线程的状态、线程的管理、多线程的实现5．并行性：同步和互斥同步和互斥的概念和关系、临界段、互斥的实现、信号量及信号量的应用、管程。
操作系统原理课程大纲
操作系统原理课程大纲一、课程简介本课程主要介绍操作系统原理的基本概念、原理和实践，并结合实际案例和实验环节，帮助学生深入理解操作系统的设计和实现。
二、课程目标1. 理解操作系统的内部结构、功能和原理。
2. 掌握操作系统的各种调度算法和资源管理方法。
3. 理解操作系统与硬件之间的交互原理。
4. 能够使用合适的数据结构和算法实现简单的操作系统组件。
5. 具备解决实际操作系统问题的能力。
三、课程大纲1. 操作系统概述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 操作系统的分类和发展历程2. 进程管理2.1 进程的概念与特征2.2 进程的状态与转换2.3 进程调度算法2.4 进程同步与互斥2.5 死锁的预防与避免3. 内存管理3.1 内存的层次结构与地址映射 3.2 虚拟内存管理3.3 内存分配与回收策略3.4 内存保护与共享4. 文件系统管理4.1 文件系统的基本概念4.2 文件的组织与存储4.3 文件的操作和访问控制4.4 文件系统的实现技术5. 设备管理5.1 设备的分类与控制5.2 设备的分配与调度5.3 设备驱动程序设计5.4 输入输出子系统的实现6. 操作系统性能优化6.1 响应时间和吞吐量的权衡6.2 CPU调度算法的优化6.3 内存管理的优化策略6.4 磁盘调度算法的优化7. 操作系统安全与保护7.1 安全性与保护性的概念与要求7.2 访问控制与权限管理7.3 安全漏洞的分析与防范7.4 安全策略和机制四、教学方法1. 理论讲授：通过课堂授课，讲解操作系统原理和相关的概念。
2. 实验操作：通过操作系统实验，让学生实际操作和实践所学的知识。
3. 实例分析：通过实际案例的分析，帮助学生理解操作系统的设计和应用。
4. 讨论交流：通过课堂讨论和小组讨论，培养学生的分析和解决问题的能力。
五、考核方式1. 平时成绩：包括课堂表现、实验报告、作业完成情况等。
2. 期中考试：对学生对课程的理解和掌握程度进行综合考核。
2024年度《操作系统原理》教学大纲
介绍RBAC的基本概念和实现方法，如何通 过角色来管理用户的权限。
2024/2/2
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加密技术在操作系统中的应用
加密技术的基本概念
解释加密技术的核心思想，包括加密 算法、密钥管理等。
文件加密
描述操作系统中文件加密的实现方法 和技术，如EFS（加密文件系统）。
2024/2/2
磁盘加密
阐述磁盘加密的原理和实现方法，包 括全盘加密和分区加密等。
微型化与嵌入式操作系统
随着物联网和智能终端的普及 ，微型化和嵌入式操作系统将 成为未来发展的重要方向，它 们需要更加轻量级、高效和安 全。
云计算与分布式操作系统
云计算和分布式系统的快速发 展对操作系统提出了新的挑战 和机遇，未来的操作系统需要 支持大规模并发处理、资源动 态管理和跨平台协作等功能。
人工智能与操作系统融合
优点分析
解决了内存碎片问题，提高了内存利用率。允许程序的大小超过可用内存的大小，通过虚 拟内存技术实现。提供了更好的内存保护，每个程序只能访问自己的内存空间，不能访问 其他程序的内存空间。
缺点分析
需要复杂的软件和硬件支持，如页表、段表等数据结构以及相应的内存管理算法。在页式 存储管理中，会产生页面抖动现象，即频繁地换入换出页面导致系统性能下降。
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访问控制机制的实现原理
访问控制的基本概念
访问控制列表（ACL）
解释访问控制的核心思想，即主体对客体 的访问权限管理。
描述ACL的工作原理和实现方法，如何通过 ACL来管理用户对资源的访问权限。
强制访问控制（MAC）
基于角色的访问控制（RBAC）
阐述MAC的特点和实现原理，如基于格模 型的访问控制。
2024/2/2
操作系统原理课程设计教学大纲
操作系统原理课程设计教学大纲一、课程简介本课程是软件工程专业学生在学习了操作系统原理课程之后，能够利用操作系统提供给用户的接口实现系统功能调用，结合面向对象程序设计、数据库系统原理、软件工程技术实现应用系统的开发的实践课程。
操作系统原理课程设计不仅要求学生掌握基本概念、原理、设计及算法，同时也可以培养学生软件开发能力。
该课程设计在突出内容的系统性、设计性和可操作性的同时，本着综合能力提高的宗旨，通过协作学习与模拟性学习相结合，采用阶段检查、设计报告及相关文档考核、答辩验收等多种考核形式，强化学生对操作系统原理的掌握，提高实际软件设计、编程能力，培养组织协作与团队精神。
注重学生知识、能力、素质的培养，充分调动学生的自主学习热情，培养学生多元能力。
通过本课程的教学，使学生具备调用windows或Linux系统接口进行总体设计、详细设计和编码能力，熟练掌握一种主流操作系统产品(如windows或Linux等)的使用，进一步提高应用软件开发工具的综合应用能力，增强团队合作意识和主动实践意识，提高项目管理能力和创新能力，为后续课程以及毕业设计打下坚实的基础。
二、课程目标（一）课程具体目标1. 能够综合运用操作系统基本理论及原理知识设计实用方案，按照软件设计步骤独立完成操作系统的课程设计题目的编程；2 利用所学过的高级语言(例如JAVA或C++)进行开发、调试、运行应用系统。
3. 通过撰写课程设计报告，对实验数据进行整理、分析和解释，得出有效结论。
（二）课程目标与专业毕业要求的关系表1 本课程对专业毕业要求及其指标点的支撑（三）课程对解决复杂工程问题能力的培养在课程设计题目出题环节，以培养学生解决复杂工程问题的能力为目标，围绕课程支撑的课程目标出题，题目能够体现操作系统原理及技术解决复杂工程问题，锻炼和检验学生解决复杂工程问题的能力。
在课程设计期间，任课教师密切关注学生进展和问题解决过程，在适当的时候提供必要的指导，以促进教学过程的正常推进。
操作系统原理教学大纲
操作系统原理教学大纲一、导言1.1 课程背景和目标1.2 课程内容和安排1.3 教材和参考资料二、操作系统概述2.1 操作系统定义与作用2.2 操作系统的演化历程2.3 操作系统的分类和特点三、进程管理3.1 进程的概念与特征3.2 进程的状态与转换3.3 进程调度算法3.4 进程同步与互斥机制四、内存管理4.1 内存分配方式4.2 内存分区管理4.3 页面置换算法与虚拟内存4.4 内存保护与共享机制五、文件系统管理5.1 文件系统的组成与层次结构 5.2 文件的逻辑结构与物理结构 5.3 文件的存储与访问方法5.4 文件系统的管理与优化六、设备管理6.1 设备的分类与特点6.2 设备的分配与调度6.3 磁盘调度算法6.4 设备驱动程序与中断处理七、操作系统安全7.1 安全性和保护机制的定义 7.2 访问控制与身份验证7.3 安全漏洞与攻击技术7.4 安全策略与安全性评估八、操作系统性能优化8.1 性能评估与监测工具8.2 响应时间与吞吐量优化 8.3 资源利用率与负载均衡8.4 I/O优化与缓存机制九、实验与案例分析9.1 实验设计与实施9.2 案例分析与讨论9.3 学生实践与项目展示十、课程总结与展望10.1 课程知识回顾10.2 学生评价和反馈10.3 课程发展方向十一、课程参考资料11.1 教材：11.2 参考书籍：11.3 网络资源：十二、教学资源12.1 实验室设施12.2 教学工具12.3 网络平台以上是《操作系统原理教学大纲》的详细内容。
本课程旨在帮助学生全面掌握操作系统的基本原理和技术，深入理解操作系统的设计与实现，并能够根据实际应用需求进行操作系统的配置、优化与管理。
通过课程的学习，学生将了解操作系统的概念、功能和演化历程。
学生将学习进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理、操作系统安全和性能优化等相关知识与技术。
此外，课程还将通过实验和案例分析，培养学生的问题分析和解决能力，提高其实际操作系统应用的能力。
《操作系统原理》课程教学大纲
操作系统原理课程教学大纲（Princip1esofOperatingSystems）学时数：72学时其中：实验学时：12学时课外学时：0学时学分数：4.5适用专业：计算机科学与技术一、课程的性质、目的和任务性质：本课程是高等院校计算机科学与技术专业本科的一门学科基础课程，是必修课。
目的：通过操作系统原理的学习，了解操作系统的发展过程及种类，掌握操作系统设计中的相关基本概念和原理，以及在操作系统的设计与构造中涉及的资源共享、提高系统资源利用率等各方面基本知识，了解并掌握操作系统在发展过程及将来引入的新技术与方法。
任务：阐述计算机系统的核心软件——操作系统的基本概念、基本原理和实现技术。
主要包括操作系统的用户界面、操作系统的资源管理功能等，其中资源管理还包括进程管理、处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络与安全等方面内容，并将操作系统的一般原理与实际操作系统的分析与设计有机地结合。
二、课程教学的基本要求（一）掌握操作系统的基本原理、概念及主要功能（-）掌握进程概念、进程的同步与互斥、思索的预防与检测（H）掌握处理机的调度层次划分与调度、调度方法评价以及调度基本策略（四）掌握存储管理目标与几种存储管理策略（五）掌握设备与处理之间的数据传送方式、缓冲技术以及设备管理基本手段（六）掌握文件系统的物理及逻辑设备的空间组织与管理、多级目录结构、文件东共享实现以及文件系统的安全与防护（七）了解并掌握操作系统的安全与防护基本知识，了解一些病毒与黑客的常用手段以及一些基本应对措施（八）了解网络操作系统的基本概念，了解网络操作系统必须实现的一些基本技术（九）通过实验环节具备一定系统软件和应用软件的开发技能三、课程的教学内容、重点和难点第一章操作系统概论（4学时）一、基本内容（一）操作系统概观（二）操作系统的形成与发展（H）操作系统提供的服务与用户接口（四）流行操作系统简介二、基本要求（一）掌握操作系统的基本概念。
操作系统原理课程设计 (2)
操作系统原理课程设计一、题目背景操作系统是计算机系统中最基础、最重要的软件之一，它负责管理计算机硬件资源，为计算机应用程序提供支持和服务。
因此，在操作系统原理课程中，对操作系统的原理、设计、实现有着深入的理解和掌握是至关重要的。
为了更好地帮助同学们掌握操作系统原理课程的相关知识，本课程设计将结合实际案例，设计并实现一个简单的操作系统。
本文档将详细阐述操作系统原理课程设计的相关内容，以帮助同学们更好地完成课程设计任务。
二、课程设计目标1.掌握操作系统的基本概念、原理和设计方法；2.掌握操作系统中进程管理、内存管理、文件系统等重要模块的原理与实现；3.学会使用C语言、汇编语言等编程语言编写简单的操作系统程序；4.培养学生的实际动手能力和创新能力。
三、课程设计内容课程设计的主要内容为设计并实现一个简单的操作系统，其中包括以下模块：1. 引导程序和内核操作系统实现的第一步是编写一个引导程序，该程序负责从硬盘的引导扇区中加载操作系统内核。
内核是操作系统的核心部分，其负责管理系统硬件资源、为进程提供服务等。
2. 进程管理模块进程是操作系统中最基本的执行单元，进程管理模块负责管理系统中所有的进程，包括创建、撤销、调度等操作。
在本课程设计中，同学们需要实现基本的进程管理功能，如进程的创建、撤销、调度等。
3. 内存管理模块内存是操作系统中最重要的资源之一，其负责存储相应进程的代码、数据和系统中各种数据结构。
内存管理模块负责管理系统中的内存资源，包括内存分配、回收等操作。
4. 文件系统文件系统负责管理和维护计算机硬盘上的文件和目录结构，其为进程提供访问文件的接口。
在本课程设计中，同学们需要实现简单的文件系统，包括文件的创建、读写操作等。
四、课程设计计划1.第一周：了解操作系统的基本概念和原理；2.第二周：学习编写操作系统内核的基本知识和方法；3.第三周：学习进程管理和调度算法；4.第四周：学习内存管理和页面置换算法；5.第五周：学习文件系统和磁盘IO操作；6.第六周：设计和实现操作系统的引导程序；7.第七周：实现进程管理和调度模块；8.第八周：实现内存管理和页面置换模块；9.第九周：实现文件系统和磁盘IO模块；10.第十周：整合并测试操作系统。
操作系统原理课程设计
操作系统原理 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解操作系统的基础概念，包括进程、线程、内存管理等；2. 掌握操作系统的五大功能模块及其作用，并能运用这些知识分析操作系统的运行原理；3. 了解操作系统的历史发展，掌握不同类型操作系统的特点及其适用场景。
技能目标：1. 培养学生运用操作系统的基本原理解决实际问题的能力，如进程调度、内存分配等；2. 学会使用操作系统提供的接口和工具进行程序设计和系统管理；3. 提高学生的团队协作能力，通过小组讨论和项目实践，培养他们在操作系统领域的沟通与协作技巧。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对操作系统的兴趣，激发他们深入学习计算机科学和技术的热情；2. 引导学生认识到操作系统在计算机系统中的重要性，增强他们的责任感和使命感；3. 培养学生具备良好的学术道德，尊重知识产权，遵循开源协议，积极参与开源社区。
本课程针对高年级计算机专业学生，结合操作系统原理的学科特点，注重理论与实践相结合，旨在提高学生的专业知识水平和实践能力。
课程目标具体、可衡量，既符合教学实际，又有利于学生和教师在教学过程中明确预期成果。
后续教学设计和评估将围绕这些具体学习成果展开。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 操作系统概述：介绍操作系统的基本概念、发展历程、功能模块等，关联教材第一章内容。
2. 进程管理：讲解进程与线程的概念、进程调度算法、进程同步与互斥等，关联教材第二章内容。
3. 存储管理：阐述内存分配策略、虚拟内存技术、页面置换算法等，关联教材第三章内容。
4. 文件系统：介绍文件和目录结构、文件存储与访问控制、磁盘空间分配策略等，关联教材第四章内容。
5. 设备管理：讲解设备驱动程序、I/O调度策略、中断处理等，关联教材第五章内容。
6. 操作系统实例分析：以Linux操作系统为例，分析其内核架构、进程管理、内存管理等，关联教材第六章内容。
7. 操作系统设计与实现：探讨操作系统的设计原理，包括微内核、宏内核等架构，以及简单操作系统实例的实现，关联教材第七章内容。
操作系统原理教学大纲
操作系统原理教学大纲一、课程介绍（100字）本门课程是操作系统原理课程，旨在向学生介绍操作系统的基本原理、概念和功能，培养学生对操作系统的理论知识和实践技能。
通过本课程的学习，学生将掌握操作系统的设计和实现方法，了解操作系统的运行机制，以及掌握常见操作系统的使用和管理技术。
二、教学目标（200字）1.掌握操作系统的基本概念和原理，包括进程管理、内存管理、文件系统等。
2.熟悉操作系统的设计、实现和优化方法，能够设计简单的操作系统。
3.理解操作系统的运行机制，能够分析和解决操作系统的性能问题。
4.掌握常见操作系统的使用和管理技术，能够实施操作系统的安装、配置与维护。
5.培养学生的问题解决能力、团队合作能力和自主学习能力。
三、教学内容及安排（600字）1.操作系统概述（50字）-操作系统的定义和作用-操作系统的演化历史和分类2.进程管理（200字）-进程的概念和状态-进程的调度和并发控制-进程通信和同步机制3.内存管理（200字）-内存的层次和机制-内存分配和回收算法-虚拟内存管理和页面置换算法4.文件系统（200字）-文件的组织和操作-目录结构和文件访问控制-磁盘调度算法和文件缓存技术5.输入输出系统（200字）-设备的分类和工作原理-设备驱动程序和中断处理-缓冲区管理和设备调度算法6.操作系统设计与实现（200字）-操作系统的结构和模块划分-中断处理和系统调用的实现-设备驱动程序和进程管理的实现7.操作系统性能优化（200字）-性能评测和分析-调度算法和内存管理的优化-文件系统和输入输出系统的优化8.常见操作系统的使用与管理（200字）- Windows操作系统的安装与配置- Linux操作系统的使用与命令-虚拟化技术和云计算平台的管理四、教学方法（200字）本课程将采用多种教学方法，包括课堂讲授、案例分析、实验实践和讨论研讨等。
课堂讲授将用于介绍操作系统的基本概念、原理和算法；案例分析将用于解析实际操作系统的设计和实现；实验实践将用于培养学生的动手能力和实际应用能力；讨论研讨将用于激发学生的思考和创新能力。
操作系统原理与设计
操作系统原理与设计操作系统是一种管理计算机硬件和软件资源的系统软件，它是计算机系统不可或缺的一部分。
操作系统可以看作是计算机与用户之间的桥梁，它负责协调和控制计算机的硬件和软件资源，为用户提供方便、高效、安全的计算环境。
一、操作系统的基本概念1.1 操作系统的定义操作系统是一种位于硬件与应用程序之间的软件：它是硬件的管理者，是用户和计算机硬件之间的接口，它掌管着计算机的一切资源，管理着计算机的各种操作。
1.2 操作系统的功能1.2.1 资源管理操作系统负责管理计算机的各种资源，包括处理器、内存、硬盘、输入输出设备等。
它通过对资源的分配和调度，实现对系统资源的高效利用。
1.2.2 进程管理操作系统负责管理和调度计算机中运行的各个进程。
它分配进程的资源，控制进程的执行顺序，以及提供进程间的通信和同步机制。
1.2.3 文件管理操作系统负责管理计算机中的文件系统，实现文件的创建、读写、删除等操作。
它提供了文件的共享和保护机制，保证用户对文件的访问安全和高效。
1.2.4 设备管理操作系统负责管理和控制计算机的各种输入输出设备，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
它提供了设备的驱动程序和接口，使得用户可以方便地使用这些设备。
1.3 操作系统的分类操作系统可以按照不同的标准进行分类。
根据管理方式，操作系统可以分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统等。
根据运行环境，操作系统可以分为单机操作系统和分布式操作系统等。
二、操作系统的设计原理2.1 抽象与层次结构操作系统通过抽象将底层的硬件资源向上层应用程序隐藏，提供简化的接口给应用程序，使应用程序可以方便地访问资源，屏蔽了底层硬件的复杂性。
2.2 进程管理和调度进程是指在操作系统中运行的程序的实体，它是操作系统中的基本单位。
操作系统通过进程管理和调度来控制进程的运行顺序和资源分配，使得多个进程可以并发执行。
2.3 内存管理内存是计算机中的一项重要资源，操作系统负责管理和分配内存空间。
操作系统原理与设计
操作系统原理与设计
操作系统是一种系统软件，负责管理并协调计算机硬件与软件资源，提供用户与计算机系统之间的交互界面，以及保护计算机系统的安全和稳定性。
操作系统的设计需要考虑以下几个方面：
1. 处理器管理：操作系统需要对多个进程进行管理，包括分配和调度处理器时间片、实现进程间的通信、协调多进程对
CPU的争夺等。
2. 存储管理：操作系统需要管理计算机系统中的内存、磁盘等存储资源，确保进程能够访问到所需的数据和程序，同时还要管理各种缓存，以提高系统性能。
3. 设备管理：操作系统需要负责管理各种硬件设备，包括输入输出设备、网络接口等，管理它们的使用和访问，保护设备的安全性和稳定性。
4. 文件系统管理：操作系统需要提供文件系统，管理计算机系统中的各种文件和目录，支持文件的创建、修改、删除、访问、共享等操作。
5. 用户界面：操作系统需要提供各种用户界面，包括命令行、图形界面、Web界面等，以方便用户与计算机系统进行交互。
6. 安全管理：操作系统需要保护计算机系统的安全性，包括防
止恶意程序的攻击和入侵、保护用户数据的隐私和机密性、管理访问控制等。
总之，操作系统的设计涉及到多个方面，需要充分考虑计算机系统的各种资源和需求，以实现高效、安全、稳定的系统运行。
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第一章操作系统概述
1.设计操作系统的主要目标？
答：方便性，有效性，可扩展性，开放性
2.操作系统的功能
答：处理器管理，存储器管理，I/O管理，文件管理，人机接口。
3.操作系统的特征
答：进程执行的并发性，资源使用的共享性，设备引用的虚拟性，进程推进的异步性，程序运行的不正确性。
4.分时操作系统允许多个用户使用计算机的操作系统；批处理操作系统允许多个用户将多
个作业交给计算机进行集中处理；实时操作系统能及时处理过程控制数据并做出响应。
第二章进程与线程
1．前驱图是一个有向无循环图
2．程序顺序执行的特征：顺序性，封闭性，结果的确定性
3．程序并发执行的特征：间断性，开放性，结果的不可再现性
4．进程：是具有独立功能的程序关于某个数据的集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位。
5．进程的特征：动态性，并发性，独立性，异步性，结构性。
6．进程的三种基本状态：就绪状态，执行状态，阻塞状态
就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源
执行状态→就绪状态：时间片用完
执行状态→阻塞状态：I/O请求
阻塞状态→就绪状态：I/O完成（这一过程称为唤醒）
7.进程的控制手段：进程控制原语和进程家族树
进程控制原语包括：创建原语，撤消原语，阻塞原语，唤醒原语，挂起原语，激活原语7．进程创建的原因：用户登录，提供服务，作业调度，应用请求
8．进程创建的过程：申请PCB,为空白PCB分配资源，进一步填充PCB
9．进程撤销的原因：权限错误，越界错误，非法指令错误，特权指令错误，I/O故障10.进程控制块（PCB）操作系统专门为进程设置的的数据结构，用它来描述进程的特征以及控制进程运行需要的全部信息。
11.进程映像：PCB，用户程序段，用户数据段，参与过程调用和参数传递等工作的栈区。
12.PCB存储组织：链接方式和索引方式
13,进程通信方式：直接通信方式（代表消息缓冲队列通信机制）和间接通信方式（代表信箱方式）
14.线程的定义与特征
定义：线程是进程中的一个实体，是可独立参与调度的基本单位。
一个进程可以有一个或多个线程。
特征：1>在拥有资源方面：进程都是独立拥有资源的一个基本单位。
它可以申请并拥有自己的资源，也可以其所属进程的资源。
而线程只拥有一点在运行中必要的资源。
2>调度方面：进程作为独立拥有资源的基本单位。
线程是独立参与调度的基本单位。
3>并发性方面：不仅不通进程的线程可以并发执行，而且在同一进程的多个线程间亦可并发执行。
第三章进程的同步
1.进程的关系可分为同步和互斥
2临界资源，临界区，相关临界区概念：临界资源指一次仅允许一个进程访问的资源；临界区指并发进程中访问临界资源的那段程序代码；如果有一组进程的临界区都使用了相同的共享变量，则这个临界区成为相关临界区。
第四章进程的调度与死锁
1.调度的调度类型：高级调度，中级调度，低级调度
2.进程的调度准则：1>面向用户准则：周转时间尽量短，响应时间尽量高，截止时间最近，可预测性；2>面向系统准则：平均带权周转时间短，吞吐率高，处理器使用率高，资源得到平衡利用，进程得到公平对待。
3.进程的调度方式：抢占式与非抢占式
4.经典进程调度算法：先来先服务策略；最短进程策略；最短剩余时间策略；时间片轮转策略；优先权调度策略；最高响应比策略；多级队列反馈策略
5.死锁的定义：两个或者两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种相互等待的现象，如无外力的情况下，它们将无法推进下去。
6．产生死锁的必要条件：互斥，请求又保持，非剥夺，循环等待
7．死锁的的预防：死锁的四个必要条件不成立
8．死锁的避免：安全状态；银行家算法；安全检查
9.死锁的解除：重新启动，撤销进程，剥夺进程，进程回退。
第六章存储管理基础
1.一个程序从产生到运行完成的过程：链接，装入，运行与退出。
2.内存的扩充方法：覆盖技术和交换技术
3.交换技术和覆盖技术的区别：1>覆盖技术对用户不透明，交换技术对用户透明；2>覆盖技术发生在进程/程序之内，交换技术发生在进程/程序之间；3>覆盖只能覆盖那些与覆盖无关的程序，交换可以根据实际所需进行。
4连续分配方式与管理：
1>单一连续分配
2>分区分配
（1）固定分区分配：分区等长划分；分区不等长划分
（2）可变分区分配: 算法包括：最现适配算法，循环最先适配算法，最佳适配算法，最差适配算法（概念P149）
5.非连续分配方式与管理
1>分页管理
2>分段管理
3>段业式分配管理
6.联想寄存器：为了提高地址变换以及数据存取的速度，可以再地址变换机制中增加一个
容量小，但存取速度快的高速缓存，用来存放当前访问最频繁的一些活动页面的页号和对应的块号。
这种高速缓存成为联想寄存器。
7.绝对地址= 段首地址+段内地址
第七章虚拟内存管理
1.内存分配算法：最佳值换算法OPT；先进先出算法FIFO；最近最少使用算法LRU
；时钟置换算法
2抖动的定义：指有系统缺页过于频繁而导致的一种反复调入，调出页面的现象
3．抖动产生的原因：分配给进程的物理块数的影响；页面大小的影响；程序编制的方法影响；页面置换算法的影响
4.抖动处理的方法：定性处理方法；定量处理方法；限制抖动范围；释放内存空间给抖动程序；基于工作集的方法
第八章I/O管理
1.I/O设备分类: 使用特性：存储型；输入型；输出型；输入输出型
数据传输模式：块设备；字符设备
分配方式：独占设备；共享设备；虚拟设备
传输速率：高速设备；中速设备；低速设备
2.通道的分类：字节多路通道；数组选择通道；数组多路通道
3.I/O控制方式：程序直接控制方式；中断控制方式；DMA控制方式
4.I/O管理的集中表格：设备控制表；控制器控制表；通道控制表；系统设备表
5.SPOOLing技术：组成：输入井和输出井；输入缓冲区和输出缓冲区；输入进程和输出进程特点：提高了系统的I/O速度；设备并没有分配各任何进程；实现了虚拟设备的功能
第十章文件系统的性能问题
磁盘调度算法：先来先服务算法；最短寻道时间优先调度；先进后出调度；扫描算法（p249）。