操作系统第八章
操作系统第8章 操作系统实验

8.5.3 实验准备
1. Linux模块概述 2. 设备驱动程序的设计 3. 参考程序的分析
8.6 文件系统实验
8.6.1 实验内容
以root身份登录系统后,练习常用Linux文件操作命令以及 学习文件系统的装卸。
第8章 操作系统实验
内容提要
本教材以Linux操作系统为平台,通过它提供的键盘控制命令 了解操作系统的功能;通过它提供的系统调用命令实现进程 (线程)的同步与互斥、进程的通信、设备的管理等操作,从 而理解操作系统的工作原理。
本实验平台使用Red Hat Linux 9.0,并且使用文本操作界面。 实验内容包括Linux系统基本操作、进程通信、进程同步与互斥、 生产者与消费者、存储管理、设备管理、文件系统等实验。本 教材提供的实验同样适用于其他版本的Linux。
8.3 进程的同步与互斥实验
8.3.1 实验内容
1. 利用POSIX标准的pthread线程库创建五个线程,实现这 五个线程之间的互斥地访问数组N。这五个线程分别标识为0、 1、2、3、4,线程i的工作可描述如下: (1) 线程i休息一段时间,i可以是五个线程之一。 (2) 使N[i]加1,N[i]记录线程i进入临界区的次数。 (3) 使N[5]加1,记录这五个线程的进入临界区的总次数。 (4) 转(1)。 2. 利用POSIX标准的pthread线程库创建两个线程,实现这 两个线程之间的同步共享变量buffer(相当于一个缓冲区)。其 中一个线程产生一个随机数保存的变量buffer中,另一个线程将 该随机数打印出来。
第8章 操作系统实验
教学目标
通过本实验使学生理解操作系统的功能,掌握进程 (线程)的同步与互斥、进程的通信、设备的管理、文 件系统的实现原理,从而掌握操作系统的概念和原理。
操作系统--精髓与设计原理(第八版)第八章复习题答案

操作系统--精髓与设计原理(第⼋版)第⼋章复习题答案8.操作系统--精髓与设计原理(第⼋版)第⼋章复习题答案8.1 简单分页与虚拟内存分页有何区别?进程运⾏时,简单分页的所有页必须都在内存中,除⾮使⽤了覆盖技术,虚存分页并⾮所有页都须在内存页框中,仅在需要时才读⼊页,把⼀页读⼊内存可能需要把另⼀页写出到磁盘。
8.2 什么是抖动?当操作系统读取⼀块内存时,它必须把另⼀块换出。
如果⼀块正好在将要⽤到之前换出,操作系统就不得不很快地把它取回。
这类操作通常会导致⼀种称为系统抖动( thrashing)的情况。
这样会使处理器的⼤部分时间都⽤于交换块⽽⾮执⾏指令。
8.3 为何在使⽤虚拟内存时,局部性原理⾄关重要?局部性原理描述了⼀个进程中程序和数据引⽤的集簇倾向。
因此,假设在很短的时间内仅需要进程的⼀部分块是合理的。
同时,还可以对将来可能会访问的块进⾏猜测,从⽽避免系统抖动。
局部性原理表明虚拟内存⽅案是可⾏的。
8.4 哪些元素是页表项中能找到的典型元素?简单定义每个元素。
页号: 虚拟地址的页号部分。
进程标志符:使⽤该页的进程。
页号和进程标志符共同标志-个特定进程的虚拟地址空间的⼀页。
控制位: 该域包含⼀些标记,⽐如有效、访问和修改,以及保护和锁定信息。
链指针: 若某项没有链项,则该域为空(或⽤⼀个单独的位来表⽰)。
否则,该域包含链中下⼀项的索引值(0~2^m -1之间的数字)。
8.5 转换检测缓冲区的⽬的是什么?原则上,每次虚存访问都可能会引起两次物理内存访问:⼀次取相应的页表项,另⼀次取需要的数据。
因此,简单的虚拟内存⽅案会导致内存访问时间加倍。
为克服这个问题,⼤多数虚拟内存⽅案都为页表项使⽤了⼀个特殊的⾼速缓存,通常称为转换检测缓冲区(TranslationLookaside Buffer, TLB)。
8.6 简单定义两种可供选择的页⾯读取策略。
请求分页,只有当访问到某页中的⼀个单元时才将该页取⼊内存。
《操作系统安全》第八章Linux操作系统用户安全管理策略

• Linux加入自由軟體組織(GNU)並遵守公共版權許可證 (GPL)。此舉完善並提高了Linux的實用性,但是Linux並 不排斥在其上開發商業軟體,從此Linux又開始了一次飛 躍,出現了很多的Linux發行版,如S1ackware、RedHat、 SUSE、TurboLinux、OpenLinux等,而且現在還在增加。
第二部分 教學內容
Linux是一套可以免費使用和自由傳播的、類似於UNIX風 格的操作系統。Linux最早是由芬蘭人托瓦茲 (LinusTorvalds)設計的。作為一個多用戶、多任務的網路操 作系統,Linux有健全的用戶和組管理機制,以方便用戶使用。 在實際的使用過程中,用戶需要依據其用戶和組對檔/目錄所 持有的許可權進行操作和使用,因此,用戶和組管理的安全 是保證Linux系統安全的關鍵因素。 本章將從Linux下的用戶和組管理機制出發,主要介紹用 戶口令的安全性保證機制、用戶和組的主要配置檔的安全設 置,並介紹與之相關的操作命令。
第一部分 教學組織
三、學習方式建議
1.安裝Linux操作系統軟體,並熟悉安裝和基本操作,增強 對不同於Windows系統操作系統的感性認識,瞭解Linux的 系統結構和指令。 2.老師課堂講授Linux操作系統用戶安全管理方法,並利用 實驗室虛擬系統平臺,實驗課上機實踐操作驗證。 3.學生課後對照所學知識,利用互聯網和圖書館資源廣泛查 找相關資料,按照所使用電腦情況,對其進行鞏固練習和 深入學習體會,比較不同的操作指令模式,並總結經驗。
8.1 Linux操作系統概述
8.1.1 Linux與UNIX
8.1.1.2 Linux與GNU、GPL、POSIX的關係 • GNU(GUN‘s Not UNIX的意思,無窮迴圈)是 Richard Mathew Stallman (史托曼) 在 1984 年發 起的。它的目標是創建一套完全自由的操作系統。 1992年Linux與其它GNU軟體結合,完全自由的操作系 統正式誕生。因此,嚴格地說,Linux應該稱為 GNU/Linux 。目前我們所使用得很多自由軟體,幾乎 均 直 接 或 間 接 收 益 於 G N U 計 畫 。
计算机操作系统第八章 网络操作系

• (一)交换方式的引入 • 为了解决在众多结点间的通信问题 而引入 了“交换技术”。交换(switching)是指在 两个或多个结点间建立暂时的通信链路的 操作。建立链路的操作是由交换中心来完 成。两个结点在通信之前,须先建立连接, 然后源接点把信息发给交换中心,再由交 换中心把该信息转发给目标结点,通信结 束后便拆除该连接。
(四)分组交换网
• 1、分组交换---它同样基于“存储---转发” 方式来传输信息。为了提高传输效率,将不 定长的报文分解成定长的分组(packet), 并将它们存入定长的分组缓冲区中,然后以 分组为单位进行传输。其好处: • 简化了对缓冲区的管理; • 加速了对信息的传输; • 减少了传输出错率及重发信息量。 • 。
(二)线路交换网
• 1、线路交换---主要用于电话系统。其 主要性质有: • 适于传输模拟信号; • 通信前必须先建立连接,这要花费一定 时间; • 连接建立后,信息的传输几乎无延迟。
2、线路交换网---可将数以万计的电话终端 接到线路交换中心上。由于电话网只适于 模拟信号的传输,若将数字设备连接到电 话网时,必须通过MODEM。此网的传输速 率很低(1200B/S和2400B/S两种)。
• 1、主机(HOST)---是资源子网的 主体,它可以是PC机或大巨型机。 同时配备各类软件。 • 2、终端设备(T)---是用户与网络 间的接口,它必须通过主机或PAD 才能入网。
3、网络操作系统---实现在不同主机系统间 的用户通信、硬/软件资源的共享,向用户 提供统一的网络接口。 • 4、网络数据库系统—是建立在网络操作系 统上的一种数据库系统。它可集中在一台 主就六(集中式网络数据库),也可分布 在多台主机上(分布式网络数据库)。它 向网络用户提供修改、存取网络数据库中 数据的服务,以实现网络数据的共享。
计算机操作系统实验指导计算机系统调用

使用内核编译法添加系统调用
为了验证系统调用是否成功,编写验证代码如下。 #include <stdio.h> #include <linux/kernel.h> #include <sys/syscall.h> #include <unistd.h> int main() { long int a = syscall(三三三); printf("System call sys_helloworld reutrn %ld\n", a); return 0; }
如图地执行结果,我们得到sys_call_table地址:ffffffffabe00一a0 三. 编写Makefile文件,可参考实验指导书地内容。 四. 编译并装入模块 # sudo make //编译 # sudo insmod hello.ko //装入模块 # lsmod //该命令查看所有模块,用以检查hello是否被装入系统 # sudo rmmod hello.ko //卸载模块
三三三 六四 helloworld
sys_helloworld
使用内核编译法添加系统调用
六. 配置内核 # cd /usr/src/linux-四.一六.一0 # sudo make mrproper # sudo make clean # sudo make menuconfig 七. 编译与安装内核(与第七章类似) # sudo make -j八 # sudo make modules -j八 # sudo make modules_install # sudo make install 八. 重启系统 # uname -r 查看此时地内核版本
编译验证代码: # gcc hello.c
操作系统原理-第八章 文件系统习题(有答案)

第六章文件系统6.3习题6.3.1 单项选择题1.操作系统对文件实行统一管理,最基本的是为用户提供( )功能。
A.按名存取 B.文件共享 C.文件保护 D.提高文件的存取速度2.按文件用途分类,编译程序是( )。
A.系统文件 B.库文件 C.用户文件 D.档案文件3.( )是指将信息加工形成具有保留价值的文件。
A.库文件 B.档案文件 C.系统文件 D.临时文件4.把一个文件保存在多个卷上称为( )。
A.单文件卷 B.多文件卷 C.多卷文件 D.多卷多文件5.采取哪种文件存取方式,主要取决于( )。
A.用户的使用要求 B.存储介质的特性C.用户的使用要求和存储介质的特性 D.文件的逻辑结构6.文件系统的按名存取主要是通过( )实现的。
A.存储空间管理 B.目录管理 C.文件安全性管理 D.文件读写管理7.文件管理实际上是对( )的管理。
A.主存空间 B.辅助存储空间 C.逻辑地址空间 D.物理地址空间8.如果文件系统中有两个文件重名,不应采用( )结构。
A.一级目录 B.二级目录 C.树形目录 D.一级目录和二级目录9.树形目录中的主文件目录称为( )。
A.父目录 B.子目录 C.根目录 D.用户文件目录10.绝对路径是从( )开始跟随的一条指向制定文件的路径。
A.用户文件目录 B.根目录 C.当前目录 D.父目录11.逻辑文件可分为流式文件和( )两类。
A.索引文件 B.链接文件 C.记录式文件 D.只读文件12.由一串信息组成,文件内信息不再划分可独立的单位,这是指( )。
A.流式文件 B.记录式文件 C.连续文件 D.串联文件13.记录式文件内可以独立存取的最小单位是由( )组成的。
A.字 B.字节 C.数据项 D.物理块14.在随机存储方式中,用户以( )为单位对文件进行存取和检索。
A.字符串 B.数据项 C.字节 D.逻辑记录15.数据库文件的逻辑结构形式是( )。
A.链接文件 B.流式文件 C.记录式文件 D.只读文件16.文件的逻辑记录的大小是( )。
操作系统第8章测试题及答案整理

第8章测试题及答案整理注:不保证全部正确,如有错误自行更改一.选择题1.假脱机技术是指。
A.联机同时外围设备操作技术B.对换技术和覆盖技术C.SPOOLing技术D.A和C2.缓冲技术中的缓冲池在中。
A.主存B.外存C.ROMD.寄存器3.引入缓冲的主要目的是。
A.改善CPU和I/O设备之间速度不匹配B.节省内存C.提高的CPU利用率D.高I/O设备的效率4.CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度,为了解决这一矛盾,可采用。
A.并行技术B.通道技术C.缓冲技术D.虚存技术5.为了使多个进程能同时处理输入和输出,最好使用结构的缓冲技术。
A.缓冲池B.闭缓冲区环C.单缓冲区D.双缓冲区6.通过硬件和软件的功能扩充,把原来独立的设备改造成能为若干用户共享的设备,这种设备称为。
A.存储设备B.系统设备C.用户设备D.虚拟设备7.如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成,这种数据交换方式是。
A.程序查询B.中断C.DMAD.无条件存取8.中断发生后,应保留。
A.缓冲区指针B.关键寄存器内容C.被中断的程序D.页表9.下面的不属于设备管理机构。
A.JCBB.DCTC.COCTD.CHCT解析:JCB作业控制块、DCT设备控制表、COCT控制器控制表、CHCT通道控制表10.大多数低速设备都属于设备。
A.独享B.共享C.虚拟D.Spool11. 是直接存取的存储设备。
A.磁盘B.磁带C.打印机D.键盘显示终端12.以下叙述中正确的为。
A.在现代计算机中,只有I/O设备才是有效的中断源B.在中断处理过程中必须屏蔽中断C.同一用户所使用的I/O设备也可能并行工作D.Spooling是脱机I/O系统13. 是操作系统中采用的以空间换取时间的技术。
A.SpoolingB.虚存技术C.覆盖与交换D.通道解析:时间->空间(虚存)、空间->时间(Spooling)14.Spooling技术,实质是将转化为共享设备的技术。
精品文档-计算机操作系统教程(第二版)(徐甲同)-第8章

物,它是由计算机本身的系统结构逐渐演变过来的。它是由若 干台计算机以信息传输为主要目的而连接起来组成的系统,以 实现计算机或计算机系统之间的资源共享、数据通信、信息服 务与网络并行计算等为主要功能。
计算机网络作为一个信息处理系统,其构成的基本模式有 两种:对等模式和客户/服务器模式。
第8章 网络操作系统
1. 对等(Peer to Peer)模式 在对等模式中,网络上任一节点机所拥有的资源都作为网 络公用资源,可被其它节点机上的网络用户共享。在这种情况 下,一个节点机可以支持前、后台操作,当在前台执行应用程 序时,后台支持其它网络用户使用该机资源。也就是说,网络 上的一个节点机既可以作为客户机与其它节点机交往并访问其 资源,又可起到服务器的作用,它能管理本节点机的共享资源 并为其它节点机服务。此时可把对等模式中的节点机看成是客 户和服务器的组合体,因而有时也称其为组合站。
第8章 网络操作系统
3. 通信与同步 在计算机网络系统中,必须提供信息传输的基本功能,通 常以通信原语的形式出现。这些通信原语可供应用程序调用, 从而构成了用户与网络的接口。在两个进程的一次通信中,通 常可用发送(Send)原语和接收(Receive)原语来完成。但这两 条原语的执行也还存在两个问题,一是可靠性问题,二是同步 问题。
第8章 网络操作系统
(3) 网络服务软件。为支持服务器上资源共享,网络服务 器操作系统应提供一些核外实用程序供客户应用程序使用。这 些网络服务软件可以是文件服务、打印服务以及电子邮件服务 等。
(4) 网络安全管理软件。网络操作系统应对不同用户赋予 不同的访问权限,通过规定对文件和目录的存取权限等措施, 实现网络的安全管理。另外为了监测网络性能,及时了解网络 运行情况和发生故障,网络操作系统应配置网络管理软件。
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图 6-9 显式链接结构
13
FCB A
FAT 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
MS-DOS
4 6 EOF 11
FCB B
的 文 件 物 理 结 构
9
10 5 EOF
14
显示链接特点:
优点:显著提高检索速度 缺点: 不支持大文件随机存取 FAT需要占用较大的内存空间
15
count tr mail list f
0 14 19 28 6
2 3 6 4 2
list
28
24
6
2.连续文件结构的特点
优点:
顺序访问容易 存取速度快
缺点:
要求连续的存储空间。易产生外部碎片,空间利
用率降低 须事先知道文件长度。不利于文件动态增长。
7
二.链接分配
链接分配的文件也称之为是串联文件。 串联文件结构是按顺序由串联的块组成的,即 文件的信息存于若干不连续的物理块中,每个 物理块的最末一个字作为链接字,它指出后继 块的物理地址。 文件的最后一块的链接字为结束标记“∧”, 它表示文件至本块结束。
20
单级索引分配
链接分配存在的问题
不能支持高效的直接存取,要对一个较大的文 件进行直接存取,须首先在FAT中顺序地查找 许多盘块号。 FAT需占用较大的内存空间 索引分配 为每个文件分配一个索引块,把分配给该文件 的所有盘块号都记录在该索引块中 在建立一个文件时,便为之建立的目录项中填 上指向该索引块的指针 支持直接访问 对于大文件而言,该方式优于链式分配方式
Operating System
索引分配
文件目录
文件名 Jeep
0 4 8 1 5 9 2 6 10 14 18 22 26 30 3 7 11 15 19 23 27 31
索引表地址 19
9 16 1 10 25 -1 -1 -1
12 13 16 17 20 21 24 25 28 29
19
Operating System
第八章:文件管理
赵恒 主讲 hzhaoedu@
8.1 外存分配方式
1.文件物理结构的概念 文件的物理结构,又称为文件的存储结构,它是 指文件在外存上存储时的组织结构。 文件的物理结构与存储介质的物理特性及用户对 文件的访问方式有关。 文件的物理结构通常划分为大小相等的物理块, 也称为物理记录。它是文件分配及传输信息的基 本单位。物理记录的大小与物理设备有关,与逻 辑记录的大小无关。
索引分配
若每个盘块大小为1KB,每个盘块号占4B,则一 级索引块中可存放256个盘块号,即对应256个 二级索引块 每个二级索引块可对应256个物理磁盘块,采用 这种索引方式时每个文件大小不能超过 256*256*1KB=64MB 若每个盘块大小为4K,则最大文件大小为 1K*1K*4K=4GB
Operating System
华中科技大学2000年
某文件系统采用索引文件结构,假定文件索引 表的每个表项占3个字节,用一个磁盘块存放 块号(磁盘块的大小为512B)。试问 1)该文件系统能管理的最大磁盘空间是多少 字节 2)若采用2级或3级索引该文件系统能管理的 最大磁盘空间又是多少字节?
32
磁盘块号 100 文件A 目录项 101 102
文件A
3 100
r0
r1
r2
文件目录
5
磁盘空间的连续分配
count
0 4 8 12 16 20 1 5 9 13 17 21 25 29 2 6 10 14 18 22 26 30
文件目录
f
3 7 11
文件名
始址
块数
tr
19 23 27 31
分析
由于索引表占用一个大小为512B的磁盘,所以该 文件系统的索引表可以管理512/3=170个表项,而 每一个表项对应一个物理块,因此该文件系统可 以管理的最大磁盘空间为170*512B=87040B=85K 若采用二级索引,则是:170*170*512B=7225KB 若采用三级索引,则是: 170*170*170*512B=2456500KB=2398.93M
类似数据结构的链表。
8
链接结构
文件A 目录项 文件A 100
r0
150
r1
57
r2
磁盘块号 57
磁盘块号 100
磁盘块号 150
问题:在串联文件结构下,当要存取R i 记录时,应如何操作?
文件目录
9
链接结构文件的特点 优点: 1.存储空间利用率高; 2.文件创建时用户不必指出文件的大小; 3.文件动态扩充和修改容易。 缺点:只能按队列中的指针顺序搜索,随机存 取效率太低,如果访问文件的最后的内容,实 际上是要访问整个文件。
索引分配
索引分配的主要问题 需要较多外存空间来建立索引块 对于小文件,空间浪费严重
Operating System
文件物理结构的比较
连续文件的优点是不需要额外的空间开销,只 要在文件目录中指出文件的大小和首块的块号 即可,对顺序的访问效率很高。适应于顺序存 取。缺点是动态地增长和缩小系统开销很大; 文件创建时要求用户提供文件的大小;存储空 间浪费较大。 链式文件克服了连续文件的不足之处,但文件 的随机访问系统开销较大。适应于顺序访问。 DOS 系统中改造了链式文件的结构,使其克服 了链式文件的不足,但增加了系统的危险性。
索引分配
若每个盘块大小为1KB,每个盘块号占4B, 则索引块中可存放256个盘块号,即采用这种 索引方式时每个文件大小不能超过256KB 索引表组织
链接模式:一个盘块一个索引表,多个索引
表链接起来
多级索引:将一个大文件的所有索引表(二
级索引)的地址放在另一个索引表(一级索 引) 中
15
3、索引结构
链接结构解决了连续分配的外部碎片和大小声明 的问题,但是,链接结构不能有效地支持直接访 问,这是因为块指针与块一起分布在整个磁盘, 且必须按顺序读出。 索引结构解决了这个问题。索引分配要求系统为 每个文件建立一张索引表。 索引结构创建的文件也称之为索引文件。
16
3、索引结构 索引结构文件是另一种形式的非连续文件, 文件数据存放的存储介质上的物理块号与 文件的逻辑块号一一对应,并建立这样对 应关系的数据结构——文件索引表。
Operating System
混合索引分配
mode owners (2) time stamps (3) size block count i.addr (0) i.addr (1) direct blocks
直接地址
data data data data
物理盘块
¡ ¡ single indirect double indirect triple indirect
35
思考题
考虑一个存于磁盘上的文件系统,其中的文件由 大小为512B的块组成。假定每一个文件有一个文 件目录项,该目录项包含此文件的名字、文件长 度以及第一块(或第一索引块)和最后一块的位置, 而且该目录项位于内存。对于索引结构文件,该 目录项指明第一索引块,该索引块又依次指向511 个文件块且有一个指向下一个索引块的指针。针 对连续、链接、索引结构的每一种,如果当前位 于逻辑块10(即最后一次访问的块是逻辑块10),且 希望访问逻辑块4,那么必须分别从盘上读_____, _____,_____个物理块。
data
data
¡ -
data
data data
¡ ¡ -
索引块
Operating System
data
混合索引分配
直接地址 为了提高对文件的检索速度, 在索引结点中可 设置10个直接地址项, 即用iaddr(0)~iaddr(9) 来存放直接地址 一次间接地址 对于大、 中型文件,可再利用索引结点中的地 址项iaddr(10)来提供一次间接地址。这种方式 的实质就是一级索引分配方式 多次间接地址 当文件长度大于4 MB+40 KB时(一次间址与10 个直接地址项), 系统还须采用二次间址分配 方式。这时,用地址项iaddr(11)提供二次间接 地址。该方式的实质是两级索引分配方式
Operating System
索引分配
第二级索引
多级索引分配
主索引
360 740
360 105 106 254
磁盘空间
0 1 2 ¡ 105 106 ¡ -
740 356 357 ¡ 1125 ¡ ¡ 1125 985 ¡ -
254
356 357 ¡ 985 ¡ -
Operating System
Operating System
索引分配
索引结构优缺点
优点:
保持了链接结构的优点,又解决了其缺 点:即能顺序存取,又能随机存取,满足了 文件动态增长、插入删除的要求,也能充 分利用外存空间
缺点:
较多的寻道次数和寻道时间,索引表 本身带来了系统开销,如:内外存空间, 存取时间
Operating System
3
一个文件存储介质,格式化后就分成许多大小相 等的单位--存储块(物理盘块),在现代计算 机系统中,一般来说,每个物理块是一个磁盘的 扇区, 512 字节。并给每个存储块有个编号,称 为物理块号。 常用的外存分配方式有连续分配,链接分配和索 引分配三种。
4
一.连续分配
定义:为每个文件分配相邻的物理块,并将文件信息 按逻辑顺序依次存放在这些物理块中。 分配给文件的首个物理块的地址被登记在它的目录项 内。这样所形成的文件物理结构被称为顺序结构,相 应的物理文件则称为顺序文件(Sequential File)。