一个教学用操作系统的设计与实现
一个教学用操作系统的设计与实现
摘要：本文首先指出了现有的教学用操作系统存在的不足，然后设计并实现了一个运行在虚拟机上的微内核结构的教学用操作系统，描述了系统中进程管理、进程间通信、基本内存管理、磁盘服务器以及文件服务器的设计和实现。本系统的实现将有利于学生从微观上观察操作系统的行为特征，并且帮助他们理论联系实际，具有较好的教学价值。
关键词：微内核；操作系统
A Design and Implementation of an Operating System for Tutorial
WANG HonglingZHU YamingLV Qiang
(School of Computer Science and Technology, Soochow University, Suzhou, 215006, China)
Abstract: This paper firstly points out the weaknesses of current popular operating systems for tutorial, then designs and implements a microkernel operating system for tutorial on Bochs. It describes the design and implementation of process management, IPC, basic memory management, file system server and disk server in detail. The system will do benefits to students in helping them learning operating system principles and offering them a platform to practices what they have learned in class.
Keywords: microkernel；operating system
0 引言
操作系统（Operating System）是计算机系统中最重要的系统软件，是硬件的第一层封装与抽象，在计算机系统中占据着重要的地位。操作系统课程是计算机专业学生的必修重点课程，其目的在于使学生掌握操作系统的基本概念与原理并为今后的相关技术学习与研究打下良好的基础。
但是在多年的教学实践中，始终存在着教师觉得不好教，学生觉得不好学的问题。造成这个问题的重要原因之一在于这门课程的课堂理论教学环节相对比较成熟，但是实践教学环节却相对滞后，或者说两者之间的平衡把握的不好[1]。IEEE/ACM在2001年的本科生教学建议中再次强调，操作系统的教学在进行理论讲授的同时，必须结合相当数量的动手实践[2]。只有通过阅读操作系统的源代码，并且亲自动手对其进行修改与扩展即强调实践环节[3]，学生才有可能对操作系统课本所讲述的抽象原理有比较深刻的理解。因此一个合适的教学专用操作系统实验平台对本科生操作系统课程的顺利开展有着重要的意义。
操作系统精髓与设计原理-第11章_IO管理和磁盘调度,第12章_文件管理
第十一章 I/O管理和磁盘调度 复习题 11.1列出并简单定义执行I/O的三种技术。 ·可编程I/O：处理器代表进程给I/O模块发送给一个I/O命令，该进程进入忙等待，等待操作的完成，然后才可以继续执行。 ·中断驱动I/O：处理器代表进程向I/O模块发送一个I/O命令，然后继续执行后续指令，当I/O模块完成工作后，处理器被该模块中断。如果该进程不需要等待I/O完成，则后续指令可以仍是该进程中的指令，否则，该进程在这个中断上被挂起，处理器执行其他工作。 ·直接存储器访问（DMA）：一个DMA模块控制主存和I/O模块之间的数据交换。为传送一块数据，处理器给DMA模块发送请求，只有当整个数据块传送完成后，处理器才被中断。 11.2逻辑I/O和设备I/O有什么区别？ ·逻辑I/O：逻辑I/O模块把设备当作一个逻辑资源来处理，它并不关心实际控制设备的细节。逻辑I/O模块代表用户进程管理的一般I/O功能，允许它们根据设备标识符以及诸如打开、关闭、读、写之类的简单命令与设备打交道。 ·设备I/O：请求的操作和数据（缓冲的数据、记录等）被转换成适当的I/O指令序列、通道命令和控制器命令。可以使用缓冲技术，以提高使用率。 11.3面向块的设备和面向流的设备有什么区别？请举例说明。 面向块的设备将信息保存在块中，块的大小通常是固定的，传输过程中一次传送一块。通常可以通过块号访问数据。磁盘和磁带都是面向块的设备。 面向流的设备以字节流的方式输入输出数据，其末使用块结构。终端、打印机通信端口、鼠标和其他指示设备以及大多数非辅存的其他设备，都属于面向流的设备。 11.4为什么希望用双缓冲区而不是单缓冲区来提高I/O的性能？ 双缓冲允许两个操作并行处理，而不是依次处理。典型的，在一个进程往一个缓冲区中传送数据（从这个缓冲区中取数据）的同时，操作系统正在清空（或者填充）另一个缓冲区。 11.5在磁盘读或写时有哪些延迟因素？ 寻道时间，旋转延迟，传送时间 11.6简单定义图11.7中描述的磁盘调度策略。 FIFO:按照先来先服务的顺序处理队列中的项目。 SSTF:选择使磁头臂从当前位置开始移动最少的磁盘I/O请求。 SCAN:磁头臂仅仅沿一个方向移动，并在途中满足所有未完成的请求，直到
计算机操作系统课程教案
操作系统教案
第一部分：操作系统引论(1) 一、操作系统基本常识 1.计算机是由硬件和软件两部分组成的，而操作系统（Operating System）是配置在计算机硬件之 上的第一层软件，是对计算机硬件的第一次扩充。操作系统是系统软件的基础，其他的系统软件，例如编译程序、汇编程序、数据库管理系统、诊断程序等，都是在操作系统的支持下工作的，都要依赖于操作系统，取得操作系统提供的各类服务。 2.操作系统的目标是什么？ 1）方便性：计算机硬件只能识别0或1，即只能识别机器代码，因此没有配置操作系统的计算机是难以使用的；如果配置了操作系统，则可以使用OS提供的各种命令来使用计算机 系统，从而方便了用户，也使计算机变得易学易用。 2）有效性：操作系统可以管理CPU、I/O设备等系统资源，从而避免各种资源使用无需而引起的资源浪费现象。配置了OS的计算机可有效改善系统的资源利用率和提高系统吞吐量。 3）可扩充性：OS采用模块化设计，可适应计算机硬件和体系结构的迅速发展，可方便增加新的功能模块和修改旧的功能模块。 4）开放性：为了适应不同的硬件系统和软件系统，实现硬件设备正确、有效地协同工作，以及实现应用程序地可移植性和互操作性，要求OS具有开放性。 说明：方便性和有效性是OS最重要的两个目标。当前更重视OS使用上的方便性。 3.操作系统的作用有哪些？ 1）从一般用户的观点看，OS是用户和计算机硬件系统之间的接口；用户可以通过命令方式或者系统调用方式来使用计算机。 2）从资源管理的观点看，OS是计算机资源的管理者。计算机的资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备和信息（数据和程序），相应地，OS系统的主要功能也是对这四类资源的管理，即：处理机管理、存储器管理、I/O设备的管理、文件管理。这也是本课程要介绍的主要内 容。 3）OS可用作扩充机器。没有任何软件支持的计算机，称为裸机，覆盖了软件的机器称为虚拟机（Virtual machine）；每多覆盖一层软件，则虚拟机的功能就越强。 4.操作系统可以用一种层次结构模型描述：底层是OS对象，中间层是对对象进行的操作和管理 的软件的集合；最高层是OS提供给用户的用户接口。 二、操作系统发展历程 1.无操作系统时代：
操作系统教案
《计算机操作系统》 教案 备课教师：晁妍职称：助教 教学班级计科专业 09级本科2班 时间： 2011年 9月已教轮数： 1 计算机与信息学院 2011-2012学年度第一学期
课程教学目的及教学要求： 本课程是计算机科学与技术专业的主要专业基础课和主干课。本课程的学习目的在于使学生掌握操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术，具有初步分析实际操作系统的能力，为其今后在相关领域开展工作打下坚实的基础。 教材： 《计算机操作系统》（第三版）汤小丹等 推荐参考书： [1] 《计算机操作系统》（第二版）汤子瀛等西安电子科技大学出版社 [2]《计算机操作系统教程》张尧学史美林清华大学出版社 [3]《UNIX教程》（第2版）（美）Syed Mansoor Sarwar Robert Koretsky 张玉洁孟祥武译机械工业出版社 [4]《计算机操作系统.学习指导与题解》梁红兵、汤小丹西安电子科技大学出版社 [5]《操作系统实验指导—基于linux内核》徐虹编清华大学出版社
第1、2讲（周次：第2周） (注：线右侧写教学方法、实验演示、新增补内容、重要标注、时间分配等) 教学章节： 1.1 操作系统的目标和作用（简略） 1.2 操作系统的发展过程（每种OS的不足与各自特点） 教学目的及要求： 目的：是使学生建立起 OS的基本概念。 要求：了解OS的引入和发展；理解多道程序设计技术； 重点、难点：(注：重点和难点如果一致，则写在一起，若不同则应分开写)：OS引入和发展、OS的基本特征和功能。 教学内容：板书设计见PPT。(注：内容每节课1-2页为宜) 复习引入： 首先说明对课程的成绩如何评定，提出学习要求，以及教材的使用并推荐参考教 材。然后介绍本课程的特点、性质和目的，以及如何学习，最后对本课程内容以及 课时分配做简单的介绍。 新课讲授： 操作系统在计算机系统中的地位：（结合课件中图加以说明，由此引出目标和作 用） 计算机系统由硬件和软件组成；操作系统在硬件基础上的第一层软件；是其他软件 和硬件之间的接口。 操作系统在计算机系统中占据着特别重要的地位，是计算机中最重要的系统软件， 是其他系统软件和应用软件运行的基础。 1.1 操作系统的目标和作用 1.1.1 操作系统的目标 方便性(用户的观点)：提供良好的、一致的用户接口。无需了解许多有关硬件和系统 软件的细节。 有效性(系统管理人员的观点)：合理地组织计算机的工作流程，管理和分配硬件、软 件资源，提高资源的利用率；提高系统的吞吐量。 可扩充性(开放的观点)：操作系统必须能方便地开发、测试和引进新的系统功能，以 适应计算机硬件和体系结构的迅速发展以及应用不断扩大的要求。给计算机系统的 功能的扩展提供开放式的支撑平台。 开放性：可移植性和互操作性 其中有效性和方便性是设计OS时最重要的两个目标，设计现代OS的主要目标也是 对提高资源利用率和方便用户。 1.1.2 操作系统的作用 1. 从一般用户的观点来看，OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（桥梁） 用户并不直接与计算机硬件打交道，而是通过操作系统提供的命令、系统功能调 用以及图形化接口来使用计算机。 2. 从资源管理的观点来看，OS作为计算机系统资源的管理者（管家） 处理机的分配和控制，内存的分配和回收，I/O设备的分配和处理，文件的存取、共 享和保护工作都是由操作系统完成的。主要功能有：处理机管理、存储管理、设 备管理、文件管理 3. 从虚拟机的观点来看，OS用作扩充机器（实现了对计算机资源的抽象）（虚拟机 或扩充机） 硬件处在最底层，不附加任何软件的物理计算机 “裸机”. 操作系统是附加在裸机上的第一层，是对裸机的首次扩充，构成了一个比裸机更 强，使用更方便的“虚拟计算机”。 所有系统软件以及更上层的用户应用软件在操作系统虚拟机上运行，它们受操作系
操作系统课程设计1
操作系统原理 课程设计报告题目：采用二级目录实现文件管理 所在学院： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 2013年1月15日
目录 一、课程设计目的 (1) 二、课题内容 (1) 三、总体路线 (1) 四、概要设计 (2) 1.数据结构 (2) 2.所使用函数及其功能 (3) 五、详细设计 (4) 1.主函数流程图 (4) 2.创建文件函数流程图 (5) 3.删除文件函数流程图 (7) 4.分解命令函数流程图 (10) 六、测试、修改及运行结果 (10) 七、结束语 (13) 八、参考文献 (14)
一、课程设计目的 文件系统是现代OS用来存储和管理信息机构，具有按名存取的功能，不仅能方便用户对信息的使用，也有效提高了信息的安全性。本课题模拟文件系统的目录结构，并在此基础上实现文件的各种操作方法。 通过本课题，深入理解文件文件目录的作用和功能，掌握文件打开结构，熟悉与文件有关的系统调用，从而更好地掌握文件系统概念。 二、课题内容 1．文件目录采用二级目录结构，第一级为主文件目录master_file_directory；第二级为用户文件目录user_file_directory。 图1 master_file_directory 结构 图2 user_file_directory 结构 2．为加速文件存取，为每个用户建立一张用户打开表fileTable，用以记录该 3．为该系统提供6条操作命令：创建、打开、读、写、关闭、删除等。 4.在该模拟系统中，应先建立主文件目录、用户目录和用户打开文件表，然后接受合法用户，给出一个菜单，按用户选择执行相关操作。 三、总体路线 1．在内存中开辟一个虚拟磁盘空间作为文件存储器，在其上实现一个简单的单用户文件系统。在退出这个简单的文件系统时，应将该虚拟文件系统保存到磁盘上，以便下次可以再将它恢复到内存的虚拟磁盘空间中。 2．文件存储空间的分配采用显式链接分配。为了实现创建和删除文件必
最新《操作系统精髓与设计原理·第五版》习题答案
第1章计算机系统概述 1.1、图1.3中的理想机器还有两条I/O指令： 0011 = 从I/O中载入AC 0111 = 把AC保存到I/O中 在这种情况下，12位地址标识一个特殊的外部设备。请给出以下程序的执行过程（按照图1.4的格式）： 1.从设备5中载入AC。 2.加上存储器单元940的内容。 3.把AC保存到设备6中。 假设从设备5中取到的下一个值为3940单元中的值为2。 答案：存储器（16进制内容）：300：3005；301：5940；302：7006 步骤1：3005－>IR；步骤2：3－>AC 步骤3：5940－>IR；步骤4：3＋2＝5－>AC 步骤5：7006－>IR：步骤6：AC－>设备6 1.2、本章中用6步来描述图1.4中的程序执行情况，请使用MAR和MBR扩充这个描述。 答案：1. a. PC中包含第一条指令的地址300，该指令的内容被送入MAR中。 b. 地址为300的指令的内容（值为十六进制数1940）被送入MBR，并且PC增1。这两个步骤 是并行完成的。 c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。 2. a. 指令寄存器IR中的地址部分（940）被送入MAR中。 b. 地址940中的值被送入MBR中。 c. MBR中的值被送入AC中。 3. a. PC中的值（301）被送入MAR中。 b. 地址为301的指令的内容（值为十六进制数5941）被送入MBR，并且PC增1。 c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。 4. a. 指令寄存器IR中的地址部分（941）被送入MAR中。 b. 地址941中的值被送入MBR中。
c. AC中以前的内容和地址为941的存储单元中的内容相加，结果保存到AC中。 5. a. PC中的值（302）被送入MAR中。 b. 地址为302的指令的内容（值为十六进制数2941）被送入MBR，并且PC增1。 c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。 6. a. 指令寄存器IR中的地址部分（941）被送入MAR中。 b. AC中的值被送入MBR中。 c. MBR中的值被存储到地址为941的存储单元之中。 1.4、假设有一个微处理器产生一个16位的地址（例如，假设程序计数器和地址寄存器都是16位）并且具有一个16位的数据总线。 a.如果连接到一个16位存储器上，处理器能够直接访问的最大存储器地址空间为多少？ b.如果连接到一个8位存储器上，处理器能够直接访问的最大存储器地址空间为多少？ c.处理访问一个独立的I/O空间需要哪些结构特征？ d.如果输入指令和输出指令可以表示8位I/O端口号，这个微处理器可以支持多少8位I/O端口？ 答案：对于(a)和(b)两种情况，微处理器可以直接访问的最大存储器地址空间为216 = 64K bytes；唯一的区别是8位存储器每次访问传输1个字节，而16位存储器每次访问可以传输一个字节或者一个16位的字。 对于(c)情况，特殊的输入和输出指令是必要的，这些指令的执行体会产生特殊的“I/O信号”（有别于“存储器信号”，这些信号由存储器类型指令的执行体产生）；在最小状态下，一个附加的输出针脚将用来传输新的信号。对于(d)情况，它支持28 = 256个输入和28 = 256个输出字节端口和相同数目的16位I/O端口；在任一情况,一个输入和一个输出端口之间的区别是通过被执行的输入输出指令所产生的不同信号来定义的。 1.5、考虑一个32位微处理器，它有一个16位外部数据总线，并由一个8MHz的输入时钟驱动。假设这个微处理器有一个总线周期，其最大持续时间等于4个输入时钟周期。请问该微处理器可以支持的最大数据传送速度为多少？外部数据总线增加到21位，或者外部时钟频率加倍，哪种措施可以更好地提高处理器性能？请叙述你的设想并解释原因。 答案：时钟周期＝1/（8MHZ）＝125ns 总线周期＝4×125ns＝500ns 每500ns传输2比特；因此传输速度＝4MB/s 加倍频率可能意味着采用了新的芯片制造技术（假设每个指令都有相同的时钟周期数）；加倍外部数据总线，在芯片数据总线驱动/锁存、总线控制逻辑的修改等方面手段广泛（或许更新）。在第一种方案中，内存芯片的速度要提高一倍（大约），而不能降低微处理器的速度；第二种方案中，内存的字长必须加倍，以便能发送/接受32位数量。
认识Windows7系统教案
项目二使用Windows 7 操作系统为了使计算机系统的所有资源能协调一致地工作，必须要有一个软件来进行统一管理和调度，这种软件就是操作系统。Windows 7是美国Microsoft公司推出的新一代操作系统平台它继承了Windows XP的实用与Windows Vista的华丽，同时进行了一次大的升华。 本项目从基本概念、基本操作、文件管理、个性化设置和应用维护工具等几个方面介绍Windows 7系统的使用和操作方法。 任务一使用Windows 7操作系统 一、任务描述 对于刚刚购买电脑的初学者，首先需要学习操作系统的基本使用方法。本任务将展示在Windows 7操作系统，从启动操作系统、初步应用操作系统到最后退出系统的全过程。二、任务分析 要使用电脑并能初步应用，首先要学会操作系统的启动和关闭，并且有一定的顺序；要认识桌面图标和任务栏，了解Windows 7窗口的构成，学会窗口的多种操作方法；学会使用鼠标，了解不同鼠标样式代表的不同状态。 三、相关知识点 1．启动Windows 7 Windows 7的基本启动过程。 2．认识Windows 7的桌面 ⑴认识桌面图标 进入Windows 7系统后，整个屏幕显示如图2-1-1所示的桌面。与其它版本的Windows 类似，用户通常可以把一些常用的应用程序图标放置在桌面上，便于使用。 桌面图标是由一个形象的小图标和说明文字组成，图标作为它的标识，文字则表示它的名称或者功能。常用的图标有以下几个： ①“计算机”图标 “计算机”图标是计算机中所有资源的代表，双击图标就可以打开“计算机”窗口，可看到本计算机的所有硬件和软件资源信息。 ②“Administrator”图标 “Administrator”文件夹主要用来存放用户常规使用的文件信息。 ③“回收站”图标 这是Windows系统的“垃圾箱”。回收站是计算机硬盘中的一块特定区域，可以存放暂时被删除的文件或文件夹，若想恢复被删除的信息，可以再次把它们从“回收站”中捡回（还原）。但是，当文件或文件夹在回收站中被删除后，就不能再恢复了。 ④“网络”图标 通过它可以查看连入本地网络（邻近）的计算机，在条件允许的情况下，可以通过网上邻居连入本地网络中的其它计算机，从而达到资源互访的目的。 ⑤“Internet Explorer”图标 这是Windows系统中的浏览器，通过它用户可以方便地进入Internet浏览网页。
操作系统课程设计报告
东莞理工学院 操作系统课程设计报告学院：计算机学院 专业班级：13软件工程1班 提交时间：2015/9/14 指导教师评阅意见： . 项目名称：进程与线程管理功能 一、设计目的 用语言来模拟进程和线程管理系统，加深对进程和线程的理解，掌握对进程和线程各种状态和管理的算法原理。 二、环境条件 系统：WindowsXP、VMWare、Ubuntu Linux 语言：C/C++ 开发工具：gcc/g++、Visual C++ 6.0 三、设计内容 1. 项目背景
计算机的硬件资源有限，为了提高内存的利用率和系统的吞吐量，就要根据某种算法来管理进程和线程的状态从而达到目的。 进程与线程管理功能完成基于优先级的抢占式线程调度功能，完成进程虚拟内存管理功能。 进程与线程管理功能 基本要求：完成基于优先级的抢占式线程调度功能，完成进程虚拟内存管理功能。 提高要求：（增加1项就予以加分） (1) 实现多种线程调度算法； (2)通过“公共信箱”进行通信的机制，规定每一封信的大小为128字节，实现两个用户进程之间通过这个“公共信箱”进行通信。 (3) 实现多用户进程并发的虚拟内存管理功能。 (4) 实现用户进程间通信功能，并用生产者/消费者问题测试进程间通信功能的正确性。 (5) 实现改进型Clock页面置换算法。 (6) 实现Cache功能，采用FIFO替换算法。 2. 扩展内容 实现多种线程调度算法:时间片轮转调度算法 四、人员分工 优先级调度算法：钟德新，莫友芝 时间片轮转调度算法：张德华，袁马龙 设计报告由小组队员共同完成。小组成员设计的代码分工如下： 钟德新编写的代码：void Prinft(){ PCB *p; system("cls");//清屏 p=run; //运行队列 if(p!=NULL) { p->next=NULL; } cout<<"当前正在运行的进程："< 《操作系统新相识》 教学目标 知识目标： 初步认识操作系统的界面及作用，能够识别桌面、图标、按钮、窗口和任务栏，能够更换桌面背景。 技能目标： 通过故事化的学习场景，从操作系统的界面开始，引导学生从直观上分清图标、按钮、窗口和任务栏；通过更换桌面背景图片，让学生初步体验操作系统的操作特点。 情感目标： 通过对操作系统的初步的具体操作，培养学生对操作系统的兴趣，激发学生对电脑的操作欲望。 通过本课学习，也要让学生对做梦有一个正确的了解和认识，树立科学的人生观和世界观。 教学重点： 识别桌面、图标、按钮、窗口和任务栏，能够更换桌面背景 教学难点： 识别桌面、图标、按钮、窗口和任务栏，体验操作系统的操作 教学过程： 一、创设情境，导入新课 师：（出示情景图）三人信息小组的能能昨天夜里做了一个梦，他梦见了什么？生：………… 师：能能在梦里走进入了一个神秘的殿堂，其实在我们的电脑里也有一个非常神奇的王国——操作系统，你们想不想进入看一看啊? 好，我们今天就来学习操作系统新相识。 二、探究学习，发现新知 发现一：打开电脑找梦境： 1.师：操作系统是电脑的“管家”，管理着电脑的所有软件、硬件和资源，从打开电脑的那一刻起，它就在默默无闻的工作着。操作系统就像是一个乐队的指挥，在它的指挥下电脑的各个部件、各种程序协调一致地工作，完成人们下达的指令。目前，计算机上最常用的操作系统主要是Unix家族、LINUX家庭、和微软Windows家族，今天我们就来认识一下Windows操作系统 2.师课件出示操作系统界面，介绍认识桌面、图标、按钮、任务栏、窗口 （1）桌面组成： 开机后的整个画面叫桌面。 桌面上的小图形叫图标，双击它会打开一个神秘的窗口。在窗口中显示电脑里的各种信息。 桌面最下方叫任务栏，任务栏上有各种按钮。 开始按钮：单击“开始按钮”出现“开始菜单”，可以打开程序和关闭计算机。 （2）窗口切换 打开一个程序以后，在桌面上都会显示出这个程序的窗口，同时在任务栏上显示相应的窗口按钮。当我们打开多个窗口时，显示在最上边的窗口，叫当前窗口。就是正在使用的窗口。 单击任务栏上的窗口按钮，就能让它显示在最上边，成为当前窗口。 3.学生认识自己的电脑上的桌面、图标、按钮、任务栏、窗口 设计题目1 进程调度算法 1.1 设计目的 进程管理是操作系统中的重要功能，用来创建进程、撤消进程、实现进程状态转换，它提供了在可运行的进程之间复用CPU的方法。在进程管理中，进程调度是核心，因为在采用多道程序设计的系统中，往往有若干个进程同时处于就绪状态，当就绪进程个数大于处理器数目时，就必须依照某种策略决定哪些进程优先占用处理器。本实验模拟在单处理器情况下的进程调度，目的是加深对进程调度工作的理解，掌握不同调度算法的优缺点。 下面回顾一下进程管理的相关内容。 1.1.1 进程控制块 为了管理和控制进程，系统在创建每一个进程时，都为其开辟一个专用的存储区，用以随时记录它在系统中的动态特性。而当一个进程被撤消时，系统就收回分配给它的存储区。通常，把这一存储区称为该进程的“进程控制块”（Process Control Block）。 由于PCB是随着进程的创建而建立，随着进程的撤消而取消的，因此系统是通过PCB 来“感知”一个个进程的，PCB是进程存在的唯一标志。 随操作系统的不同，PCB的格式、大小以及内容也不尽相同。一般地，在PCB中大致应包括如下4方面的信息。 ·标识信息：进程名等。 ·说明信息：进程状态、程序存放位置、数据存放位置等。 ·现场信息：通用寄存器内容、控制寄存器内容、断点地址等。 ·管理信息：进程优先数、队列指针等。 1.1.2 进程控制块队列 在多道程序设计环境里，同时会创建多个进程。当计算机系统只有一个CPU时，每次只能让一个进程运行，其他的进程或处于就绪状态，或处于阻塞状态。为了对这些进程进行管理，操作系统要做三件事。 （1）把处于相同状态的进程的PCB，通过各自的队列指针链接在一起，形成一个个队列。通常有运行队列、就绪队列、阻塞队列。 （2）为每一个队列设立一个队列头指针，它总是指向排在队列之首的进程的PCB。 （3）排在队尾的进程的PCB，它的“队列指针”项内容应该为“NULL”，或一个特殊的符号，以表示这是该队的队尾PCB。 在单CPU系统中，任何时刻都只有一个进程处于运行状态，因此运行队列中只能有一个PCB；系统中所有处于就绪状态的进程的PCB排成一队，称其为“就绪队列”。一般地，就绪队列中会有多个进程的PCB排在里面，它们形成处理机分配的候选对象。如果就绪队列里没有PCB存在，则称该队列为空；所有处于阻塞状态进程的PCB，应该根据阻塞的原因进行排队，每一个都称为一个“阻塞队列”。比如等待磁盘输入/输出进程的PCB排成一个队列，等待打印机输出进程的PCB排成一个队列等。所以，系统中可以有多个阻塞队列，每个阻塞队列中可以有多个进程的PCB，也可以为空。 《操作系统精髓与设计原理·第六版》中文版答案 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2 复习题答案 第1章计算机系统概述 1.1 列出并简要地定义计算机的四个主要组成部分。 主存储器，存储数据和程序；算术逻辑单元，能处理二进制数据；控制单元，解读存储器中的指令并且使他们得到执行；输入/输出设备，由控制单元管理。 1.2 定义处理器寄存器的两种主要类别。 用户可见寄存器：优先使用这些寄存器，可以使机器语言或者汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器。一些高级语言，如C语言，允许程序言建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。 控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。 1.3 一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么？ 处理器－寄存器：数据可以从处理器传送到存储器，或者从存储器传送到处理器。 处理器－I/O：通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或者从外部设备输入数据。 数据处理：处理器可以执行很多关于数据的算术操作或逻辑操作。 控制：某些指令可以改变执行顺序。 1.4 什么是中断？ 中断：其他模块（I/O，存储器）中断处理器正常处理过程的机制。 1.5 多中断的处理方式是什么？ 处理多中断有两种方法。第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理器的运行。 1.6 内存层次的各个元素间的特征是什么？ 存储器的三个重要特性是：价格，容量和访问时间。 1.7 什么是高速缓冲存储器？ 高速缓冲存储器是比主存小而快的存储器，用以协调主存跟处理器，作为最近储存地址的缓冲区。 1.8 列出并简要地定义I/O操作的三种技术。 可编程I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令（用以执行这个指令）；在进一步的动作之前，处理器处于繁忙的等待中，直到该操作已经完成。 中断驱动I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令，并继续执行后续指令，直到后者完成，它将被I/O模块中断。如果它对于进程等待I/O的完成来说是不必要的，可能是由于后续指令处于相同的进程中。否则，此进程在中断之前将被挂起，其他工作将被执行。 直接存储访问：DMA模块控制主存与I/O模块间的数据交换。处理器向DMA模块发送一个传送数据块的请求，（处理器）只有当整个数据块传送完毕后才会被中断。 1.9 空间局部性和临时局部性间的区别是什么？ 空间局部性是指最近被访问的元素的周围的元素在不久的将来可能会被访问。临时局部性（即时间局部性）是指最近被访问的元素在不久的将来可能会被再次访问。 1.10 开发空间局部性和时间局部性的策略是什么？ 空间局部性的开发是利用更大的缓冲块并且在存储器控制逻辑中加入预处理机制。时间局部性的开发是利用在高速缓冲存储器中保留最近使用的指令及数据，并且定义缓冲存储的优先级。 第2章操作系统概述 《操作系统》课程教案 一、课程定位 操作系统课程是计算机应用技术专业基础课程，属于必修课程。在课程设置上起着承上启下的作用，其特点是概念多、抽象和涉及面广。主要任务是：使学生掌握计算机操作系统的基本原理及组成；计算机操作系统的概念和相关新概念、名词及术语；了解计算机操作系统的发展特点、设计技巧和方法；对常用计算机操作系统会进行基本的操作使用。 按照新专业人才培养方案，该课程开设在第三学期。本课程的先导课程为《计算机组成原理》，《微机原理》，《数据结构》和《高级语言程序设计》；后续课程为《数据库系统原理》、《计算机网络》。 二、课程总目标 通过本课程的学习，使学生理解操作系统基本原理，并在此基础上培养学生实际动手编程能力。 （一）知识目标 1.理解操作系统的概念、操作系统的发展历史、类型、特征以及结构设计。 2.掌握进程和线程。 3.掌握死锁的预防、避免、检测和恢复。 4.掌握作业调度、进程调度、调度准则、调度算法、线程调度等。 5.掌握存储管理中的分区法、分页技术、分段技术、段页式技术等。 6. 掌握文件系统的功能和结构、目录结构和目录查询、文件和目录操作。 7. 掌握输入/输出管理、用户接口服务、嵌入式操作系统、分布式操作系统。 （二）素质目标 1.熟练使用计算机操作系统。 2.能够解决一些简单的应用问题。 3.了解计算机操作系统设计技巧。 （三）职业能力培养目标 1.初步具备辩证思维的能力。 2.具有热爱科学，实事求是的学风和创新意识，创新精神。 三、课程设计 （一）设计理念 以职业能力培养为导向，进行课程开发与设计。按照人才培养目标要求来确定课程的内容、教学组织、教学方法和手段，注重培养学生分析问题、解决问题的能力、计算机思维能力、自学能力和从业能力。 （二）设计思路 1.以“够用、适用、实用”为目标设计课程教学内容。 2.考虑后序课程需要，突出重点，强化专业应用。 3.注重课堂教学互动，教师为主导，学生为主体，引导学生积极思维，培养学生的学习能力。 4.注重培养学生分析问题、解决问题的能力和自学能力。 《初步认识操作系统》教学设计 一、教学目标 （一）知识与技能 1、了解操作系统的种类和Windows操作系统的发展。 2、了解Windows XP操作界面。 3、学会设置Windows XP的外观和主题。 （二）过程与方法 1、能够根据教师的讲授和演示，了解操作系统的种类和Windows XP操作界面。 2、能够运用所学的知识，列出Windows操作系统的优点。 3、通过实操训练，让学生轻松的氛围下学习，实现知识的建构。 （三）情感态度与价值观 1、引导学生形成自主学习意识。 2、培养主动学习的习惯。 二、教学重点 设置Windows XP的外观和主题。 三、教学难点 登录Windows XP时忘记密码的处理。 四、教学方法 1、教学方法：讲授法、演示法。 2、学习方法：实操法、自主学习。 五、教学过程 1、操作系统的发展： 操作系统（operating system，OS）是系统软件的核心，它控制和管理计算机的软、硬件资源，为用户提供操作界面。 Windows操作系统的发展历程如下： 2、操作系统的界面： ⑴ Windows XP登录界面 ⑵登录Windows XP时忘记密码的处理方法 方法1——利用“administrator”(此方法适用于管理员用户名不是“administrator”的情况) 在登录界面上，按住Ctrl+Alt键，再按住Del键二次，即可出现经典的登录画面，此时在用户名处键入“administrator”，密码为空进入，然后再修改其他用户的口令即可。 方法2——从SAM文件中找密码 在系统启动前，插入启动盘，进入:C:WINNTSystem3Config 用COPY命令将SAM 文件复制到软盘上。拿到另一台机子读取。这里需要的工具是LC4，运行LC4，打开并新建一个任务，然后依次击“IMPORT→Import from SAM file”，打开已待破解的SAM文件，此时LC4会自动分析此文件，并显示出文件中的用户名;之后点击“Session→Begin Audit”，即可开始破解密码。 方法3——用其他SAM文件覆盖 SAM文件保存着登录名以及口令，那么我们只要替换SAM文件就是替换登录名以及口令了。不过，这个替换用的SAM文件的“产地”硬盘分区格式要和你的系统一样(FAT32或NTFS)。最保险的方式是把XP的[Win NTSystem 32Config]下的所有文件覆盖到[C:Win NTSystem 32Config]目录中(假设XP安装在默认分区C:)，方法4——利用NET命令 1、重新启动计算机，在启动画面出现后马上按下F8键，选择“带命令行的安全模式”。 2、运行过程结束时，系统列出了系统超级用户“administrator”和本地用户的选择菜单，鼠标单击“administrator”，进入命令行模式。 3、键入命令:“net user zhangbq 123456 /add”，强制将本地用户的口令更改为“123456”。若想在此添加一新用户(如:用户名为abcdef，口令为123456)的话，请键入“net user abcdef 123456 /add”，添加后可用“net localgroup administrators abcdef /add”命令将用户提升为系统管理组“administrators”的用户，并使其具有超级权限。 4、重新启动计算机，选择正常模式下运行，就可以用更改后的口令“123456”登录本地用户了。另外，本地用户进入登入後在〔控制台〕→〔使用者帐户〕→选忘记密码的用户，然後选〔移除密码〕後〔等出〕在登入画面中选原来的 学年论文（课程设计）题目：操作系统课程设计 学院数学与计算机学院 学科门类工学 专业网络工程 学号 姓名 指导教师王煜 年月日 河北大学学年论文（课程设计）任务书 （指导教师用表） 指导教师签字: 系主任签字： 主管教学院长签字： 装 订 线 河北大学学年论文（课程设计）成绩评定表学院：数学与计算机学院 装 订 线 摘要 此系统实现了存储管理、设备管理和进程管理。 存储管理部分主要实现主存空间的分配和回收。存储管理采用可移动的可变分区存储管理方式。采用数组来模拟主存，大小为512个字节。 设备管理主要包括设备的分配和回收。模拟系统中有A、B、C三种独占型设备，A设备3个，B设备2个，C设备1个。设备分配时采用采用先来先服务策略。设备回收时唤醒等待设备的进程。 进程管理主要包括进程调度，进程的创建和撤销、进程的阻塞和唤醒，中断作用的实现。其中硬件中的中央处理器用不断循环的函数CPU( )模拟，重要寄存器（如：程序状态寄存器PSW、指令寄存器IR）用全局变量模拟，中断的发现是在函数CPU中加检测PSW 的方式来模拟，时钟的模拟通过timer控件实现。进程控制块的模拟通过数组，本系统最多容纳10个。进程调度时采用时间片轮转调度算法，时间片为5。 关键词：存储管理设备管理进程管理时间片 ABSTRACT The system has storage management, equipment management and process management. The storage management has achieved the allocation and recovery of the main memory space. Variable storage management is used as storage management .We simulate the main memory by array, whose size is 512 bytes. The device management, including the distribution and recovery of devicet. We simulate three devices ,A,B,C. the numbers of them are 3,2,1. The distribution of device used to adopt first-come first-service strategy. It awakes the blocking process when the device is recycled. The process management, including scheduling ,creating revocation ,blocking and waking up the process, the realization of the interruption.We simulate the central processing unit by the cycling function named CPU(),simulate the important register by global variable, simulate the recovering of interruption by checking PSW in the function of CPU(),simulate the clock by the timer control. The simulation of the process control block by array, whose number is up to 10. When the scheduling of the process happens, we use the algorithm of time piece rotation scheduling, and the time piece is 5. Key words: storage device process time 参考书目： 1.[美]William Stallings，陈渝等译．操作系统-精髓与设计原理(第五版)．北 京：电子工业出版社，2006 2.James L. Peterson，Operating System Concepts（Second Edition）， Addison-Wesley Publishing Company Inc.，1985 3.[荷]特纳鲍姆，现代操作系统（英文版.第2版），北京，机械工业出版社， 2002 4.[美]Andrew S．Tanenbaum & Albert S．Woodhull，王鹏等译．操作系统： 设计与实现(第二版)．北京：电子工业出版社，1998 5.[美]Larry L.Peterson, Bruce S.Davie著, 计算机网络系统方法（英文.第 三版）, 机械工业出版社，2005 6.张尤腊，仲萃豪等，计算机操作系统，北京，科学出版社，1979 7.孙钟秀，费翔林，骆斌，谢立，操作系统教程（第三版），北京，高等教育 出版社，2003 8.汤子瀛，哲凤屏，汤小丹．计算机操作系统(修订版)．西安，西安电子科技 大学出版社，2001 9.何炎祥，李飞等，计算机操作系统，北京，清华大学出版社，2006 10.陈向群，向勇等，Windows 操作系统原理（第2版），北京，机械工业出版社， 2004 11.左万历，周长林，计算机操作系统教程（第二版），北京，高等教育出版社， 2005 12.孟庆昌，操作系统，北京，电子工业出版社，2004 13.蒋静，徐志伟，操作系统-原理.技术与编程，北京，机械工业出版社，2004 14.张尧学，史美林．计算机操作系统教程(第2版)．北京：清华大学出版社， 2000 15.盂静．操作系统原理教程．北京：清华大学出版社，2001 16.冯耀霖，杜舜国，操作系统（第2版），陕西，西安电子科技大学出版社， 1996 17.李学干，计算机系统结构（第三版），陕西，西安电子科技大学出版社，2000 18.曾平，曾慧．操作系考点精要与解题指导.北京，人民邮电出版社，2002 19.徐甲同，网络操作系统，吉林，吉林大学出版社，2000 20.David A. Rusling，The Linux Kernel，北京，机械工业出版社，2000 21.陈莉君，Linux操作系统内核分析，北京，人民邮电出版社，2000 操作系统课程设计 指导书 操作系统课程设计指导书 李晓东编 电子与信息工程学院计算机系 -9 一、课程设计的目的和意义 本课程设计是学生在学完了《操作系统》课程后，培养学生程序设计能力的一个重要教学环节。课程设计为学生提供了一个动手、动脑并独立实践的机会，有助于学生将教材的理论知识和实践相结合，从而锻炼学生分析问题、解决问题的能力，提高学生实际编写程序的能力，为学生学习计算机专业的后续课程打下良好基础。 本课程设计要求对操作系统的分析以加深对计算机硬件结构和系统软件的认识，初步掌握操作系统组成模块和应用接口的使用方法，提高进行工程设计和系统分析的能力，为毕业设计和以后的工程实践打下良好的基础。 本课程设计的主要目的： 1．熟悉并巩固《操作系统》的基本概念和基本理论，加强对操作系统有关原理的理解； 2.培养学生自主学习、独立思考的能力，学会查找资料并善于分析资料的能力； 3.培养学生严谨的工作作风，提倡互相学习培养团队精神； 4.提高学生独立设计、独立调试程序的能力； 5.初步养成良好的系统软件分析和设计能力，形成良好的编程风格。 二、本课程设计有关要求 基本要求： 1、巩固和加深对操作系统原理的理解，提高综合运用本课程 所学知识的能力。 2、培养学生选用参考书，查阅手册及文献资料的能力。培养 独立思考、深入研究、分析问题、解决问题以及团队协作能力。 3、经过实际操作系统的分析设计、编程调试，掌握系统软件 的分析方法和工程设计方法。 4、能够按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计和实验 结果、正确绘制系统和程序框图。 5、经过课程设计，培养学生严谨的科学态度，严肃认真的工 作作风，和团队协作精神。 具体要求： 1．认真阅读本课程设计指导书，明确课程设计的目的、意义和要求； 2．根据要求完成课程设计的系统开发和调试任务，提供可运行的课程设计系统，参加上机面试答辩。 3．根据学校有关格式要求，完成本课程设计的课程设计说明书。(必须绘制系统工作原理图及算法流程图) 重点： 本设计的重点是要求根据任务要求，确定操作系统有关算法并加以实现，注重实际应用能力的培养。四年级信息技术下册第一课《操作系统》教学设计河大版
43316341操作系统课程设计指导书113301-113302
《操作系统精髓与设计原理·第六版》中文版标准答案
《操作系统》课程教案
《初步认识操作系统》教学设计
操作系统课程设计论文
(完整word版)操作系统参考书目
操作系统课程设计指导书