操作系统原理第八章虚拟存储管理技术
《操作系统》课程教案
《操作系统》课程教案第一章：操作系统概述1.1 教学目标了解操作系统的定义、功能和作用掌握操作系统的基本组成和分类理解操作系统的历史和发展1.2 教学内容操作系统的定义和作用操作系统的组成：内核、shell、文件系统、设备驱动程序操作系统的分类：批处理系统、分时系统、实时系统、分布式系统操作系统的历史和发展1.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统的概念和发展历程通过实例分析，让学生了解操作系统的组成和作用开展小组讨论，比较不同类型的操作系统1.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统的定义、功能、组成和分类实例：Windows、Linux、macOS等操作系统的特点1.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统的概念和组成的掌握情况小组讨论：评估学生对不同类型操作系统的理解和分析能力课后作业：巩固学生对操作系统知识的学习第二章：进程管理2.1 教学目标了解进程的定义和作用掌握进程管理的基本方法和策略理解进程同步和互斥的概念2.2 教学内容进程的定义和作用进程管理的基本方法：进程调度、进程同步、进程互斥进程同步和互斥的实现：信号量、管程、事件等2.3 教学方法采用讲授法，介绍进程的定义和作用通过实例分析，让学生了解进程管理的方法和策略开展小组讨论，探讨进程同步和互斥的实现方式2.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：进程的定义、进程管理的方法和策略、进程同步和互斥的概念实例：进程调度算法、信号量的使用2.5 教学评估课堂问答：了解学生对进程的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对进程管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对进程同步和互斥知识的学习第三章：内存管理3.1 教学目标了解内存的定义和作用掌握内存管理的基本方法和策略理解内存分配和回收的原则3.2 教学内容内存的定义和作用内存管理的基本方法：分页、分段、虚拟内存内存分配和回收的原则：首次适应法、最佳适应法、最坏适应法3.3 教学方法采用讲授法，介绍内存的定义和作用通过实例分析，让学生了解内存管理的方法和策略开展小组讨论，探讨内存分配和回收的原则3.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：内存的定义、内存管理的方法和策略、内存分配和回收的原则实例：分页算法、分段算法、虚拟内存的实现3.5 教学评估课堂问答：了解学生对内存的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对内存管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对内存分配和回收知识的学习第四章：文件管理4.1 教学目标了解文件的定义和作用掌握文件管理的基本方法和策略理解文件系统的结构和组织方式4.2 教学内容文件的定义和作用文件管理的基本方法：文件的创建、删除、打开、关闭等文件系统的结构和组织方式：目录结构、文件存储方式、文件访问控制4.3 教学方法采用讲授法，介绍文件的定义和作用通过实例分析，让学生了解文件管理的方法和策略开展小组讨论，探讨文件系统的结构和组织方式4.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：文件的定义、文件管理的方法和策略、文件系统的结构和组织方式实例：Linux、Windows等操作系统中的文件管理4.5 教学评估课堂问答：了解学生对文件的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对文件管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对文件系统结构和组织方式知识的学习第五章：设备管理5.1 教学目标了解设备的定义和作用掌握设备管理的基本方法和策略理解设备驱动程序第六章：设备管理（续）5.2 教学内容设备驱动程序：概念、作用和实现方式设备管理的基本方法：设备分配、设备请求调度、设备控制设备管理的高级主题：I/O中断处理、DMA传输、虚拟设备5.3 教学方法采用讲授法，介绍设备驱动程序的概念和作用通过实例分析，让学生了解设备管理的方法和策略开展小组讨论，探讨设备管理的高级主题5.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：设备驱动程序的概念、设备管理的方法和策略、设备管理的高级主题实例：硬盘驱动程序、打印机驱动程序、I/O中断处理5.5 教学评估课堂问答：了解学生对设备驱动程序的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对设备管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对设备管理高级主题知识的学习第七章：操作系统用户界面7.1 教学目标了解操作系统的用户界面的定义和作用掌握操作系统用户界面的基本设计和实现方法理解图形用户界面(GUI)和命令行用户界面(CLI)的差异和优缺点7.2 教学内容用户界面的定义和作用用户界面的基本设计原则：用户友好性、易用性、可访问性GUI和CLI的设计和实现方法：窗口管理、事件处理、命令解析7.3 教学方法采用讲授法，介绍用户界面的定义和作用通过实例分析，让学生了解用户界面的设计和实现方法开展小组讨论，探讨GUI和CLI的差异和优缺点7.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：用户界面的定义、用户界面的设计和实现方法、GUI和CLI的差异和优缺点实例：Windows操作系统、Linux终端、macOS的Finder7.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统用户界面的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对用户界面设计和实现方法的理解能力课后作业：巩固学生对GUI和CLI差异和优缺点知识的学习第八章：操作系统安全8.1 教学目标了解操作系统安全的定义和重要性掌握操作系统安全的基本机制和策略理解操作系统的安全威胁和防护措施8.2 教学内容操作系统安全的定义和重要性安全机制：访问控制、身份验证、加密、审计安全策略：最小权限原则、安全分层模型、安全内核常见安全威胁：恶意软件、漏洞攻击、social engineering防护措施：防火墙、入侵检测系统、安全更新8.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统安全的定义和重要性通过实例分析，让学生了解安全机制和策略开展小组讨论，探讨安全威胁和防护措施8.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统安全的定义、安全机制和策略、安全威胁和防护措施实例：操作系统安全漏洞案例分析、安全防护工具的使用8.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统安全的定义和重要性的掌握情况小组讨论：评估学生对安全机制和策略的理解能力课后作业：巩固学生对操作系统的安全威胁和防护措施知识的学习第九章：操作系统性能分析9.1 教学目标了解操作系统性能的定义和重要性掌握操作系统性能分析的基本方法和工具理解操作系统性能优化和调优的策略9.2 教学内容操作系统性能的定义和重要性性能分析方法：基准测试、模拟、监控和分析工具性能评价指标：响应时间、吞吐量、资源利用率性能优化策略：进程调度优化、内存管理优化、文件系统优化9.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统性能的定义和重要性通过实例分析，让学生了解性能分析方法和工具开展小组讨论，探讨性能优化和调优的策略9.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统性能的定义、性能分析方法和工具、性能优化和调优的策略实例：操作系统性能监控工具（如top, vmstat）的使用、性能优化的案例分析重点和难点解析1. 操作系统的定义和作用：理解操作系统作为计算机系统核心组件的基本概念，以及它在资源管理、程序执行和用户界面方面的关键作用。
现代操作系统 原理与实现
现代操作系统原理与实现操作系统（Operating System）是指一系列有关把计算机有效地使用，实现为用户提供应用，让计算机完美配合用户所需要的高级程序，用来控制和管理计算机硬件设备和软件资源的一种软件系统。
它可以按照用户的命令控制硬件的功能，它还可以提供用户很多的软件服务，保证程序的正确运行。
一、操作系统的功能1. 管理计算机系统的资源：操作系统会管理计算机系统的内存，i/o端口，外部设备，磁盘存储空间等硬件资源，保护它们不受非法访问和操作；2. 实现文件系统：操作系统会把一些文件组织成一个文件系统，方便用户与硬件之间的文件交换和存储；3. 提供用户接口：易于使用的图形用户接口，使用户和操作系统交互更友好；4. 支持多用户：多用户操作系统支持多个用户登录计算机，互相不干扰；5. 安全技术：不同级别的安全技术，保护计算机资源不受非法访问和操作；6. 支持应用软件：操作系统可以支持其它应用软件，例如通信网络、数据库系统等；二、现代操作系统的原理与实现1. 程序调度：现代操作系统的多任务调度技术，可以有效地分配计算机的资源，以实现多用户共同使用计算机；2. 内存管理：使用虚拟存储技术（Virtual Storage），可以将物理内存分为多个逻辑内存空间，保证每个用户任务都有自己独立的工作空间；3. 进程同步：现代操作系统是由多个进程组成，要实现进程之间的正确运行，必须要使用正确的同步技术。
正确的同步可以防止出现死锁；4. 文件系统：现代操作系统的文件系统可以在不影响其它文件的情况下实现文件的添加、删除、更新等操作，方便用户使用；5. 设备管理：现代操作系统可以对外部设备和内部设备进行有效管理，以减少用户使用这些设备时出现的不可预知的问题；6. 网络管理：现代操作系统可以使用TCP/IP协议管理局域网内部的计算机资源，实现计算机之间的信息传递并进行安全管理。
总结：现代操作系统作为一款高级的软件系统，可以有效的管理计算机资源，为用户提供多任务调度、内存管理、进程同步、文件管理、设备管理、网络管理等服务，大大提高了计算机的效率和安全性，确保了用户的文件存储和安全传输。
操作系统原理实验指导
3、实验题
(1)设计一个内存分配模拟程序。假定在计算机系统作业后备队列中有六个等待调度运行的作业，参与分配的内存大小为32KB，采用简单页式管理，每个页帧的大小为1KB。根据要求进行内存的分配和回收。要求打印内存分配表。有关作业的组织和作业有关参数的设置请自行设计，要大致符合实际情况。
main()
{
int i;
if (fork())
{
i=wait();
printf(“It is parent process.\n”);
printf(“The child process, ID number %d, is finished.\n”,i);
}
else{
print(“It is child process.\n”);
(2)自选设计一个进程调度算法，并加以实现。
实验三存储器管理
1、目的与要求
目的：存储器管理是操作系统重要的组成部分，提高存储器的效率始终是操作系统研究的重要课题之一。虚拟存储技术是用来扩大存储容量的一种重要方法。学生应独立地使用一种开发工具或高级语言编写几个常用的存储分配算法，并能设计一个存储管理的模拟程序，对各种算法进行分析比较，评测其性能优劣，从而加深对这些算法的理解，巩固所学的知识。
操作系统实验指导
操作系统是计算机的最重要的系统软件，它在计算机中具有核心地位，其作用是对计算机系统资源进行统一的调度和管理，提供各种强有力的系统服务，为用户创造灵活而又方便的使用环境。一个精心设计的操作系统能极大地扩充计算机系统的功能，充分地发挥系统中各种资源的使用效率，提高系统工作的可靠性。
操作系统原理是计算机科学与技术专业的一门主要专业课程，它涉及计算机系统中各种软、硬资源管理的实现原理与方法，内容非常丰富，综合性非常强，并且还具有很强的实践性。只有把理论与实践紧密地结合起来，才能取得较好地学习效果。
《计算机操作系统》虚拟存储管理
7.2 请求分页存储管理
7.2.1 工作原理 7.2.2 驻留集管理 7.2.3 调页策略 7.2.4 页面置换算法
7.2.1工作原理
♦ 若内存中没有可用的物理块，则还需根据页面置 换算法淘汰一些页，若淘汰的页曾做过改动，还 需将此页重写回外存，最后将缺页调入内存指定 的物理块。
开始
根据页表记录的外 存始址找到缺页
内存有可用 Y 物理块吗?
N 由页面置换算法选
择一页换出 Y
N 该页被改动 过吗？ Y
将该页写回外存
启动磁盘I/O，从外 存读入缺页
►显然，一方面，内存中存在一些不用或暂时不用的程序占据了大量的内存 空间；另一方面，一些需要运行的程序因没有足够的内存空间而无法装入 内存运行。
►人们不禁考虑，“一次性”和“驻留性”在程序运行时是否是必要的？
7.1.1 引入背景
2.局部性原理
►程序在执行时，在一段时间内，CPU总是集中地访问程序中的某一个部分 而不是随机地对程序所有部分具有平均访问概率，这种现象称为局部性原 理。局部性表现在下述两个方面：
7.2.3 调页策略
►调页策略用于确定何时将进程所需的页调入内存。常用的调页策略有： ♦ 预调页策略 ● 系统预测进程接下来要访问的页，将一个或多个页提前调入内存。 ● 常用的预测原理是局部性原理，即每次调页时，将相邻的若干个页 一并调入内存。 ♦ 请求调页策略 ● 发生缺页时，再将其调入内存的方法。 ● 实现简单，增加磁盘I/O开销。
♦ 状态位：用于表示该页是否已调入内存。若没有调入内存，则产生一个 缺页中断。
操作系统原理 复习题
《操作系统原理》复习题考试题型：选择题、填空题、简答题、应用题。
一、选择题：1．多道程序设计是指( D )。
A．在实时系统中并发运行多个程序B．在分布系统中同一时刻运行多个程序C．在一台处理器上同一时刻运行多个程序D．在一台处理器上并发运行多个程序2．进程的同步是指进程间在逻辑上的相互（ C ）关系。
A.连接B.调用C.制约D.排斥3．在下列选择中，（ D ）不是操作系统关心的主要问题。
A．管理计算机裸机。
B．设计、提供用户程序与计算机硬件系统的界面。
C．管理计算机系统资源。
D．高级程序设计语言的编译器。
4．文件的逻辑组织将文件分为记录式文件和（ C ）。
A.索引文件B.连续文件C.流式文件D.块文件5．批处理系统的主要缺点是( C )。
A．CPU利用率低B．不能并发执行C．缺少交互性D．以上都不是6．操作系统是一种( D )。
A．用户软件B．应用软件C．支撑软件D．系统软件7．下列关于DNS服务器的说法中错误的是（ C ）。
A.DNS英文全称是Domian Name Service。
B.DNS提供从字符形式的域名到四段数字形式IP地址之间的转换功能。
C.DNS采用网状结构的分布式数据库。
D.DNS又称域名解析。
8．如果分时系统的时间片一定，以下可造成响应时间变长的是( B )。
A．用户数量减少B．用户数量增多C．内存减少D．内存增加9．能及时处理有进程控制反馈的数据，并作出快速响应的操作系统是（ B ）。
A．分时操作系统B．实时操作系统C．批处理操作系统D．分布式操作系统10．下面的叙述中正确的是（ C ）。
A.实时系统要求比分时系统高，而交互能力也比分时系统高B. 实时系统对响应时间的要求比分时系统低，而交互能力也比分时系统低C. 实时系统对响应时间的要求比分时系统高，但交互能力比分时系统低D. 实时系统对响应时间的要求比分时系统低，但交互能力比分时系统高11．若P、V操作的信号量S初值为5，当前值为-2，则表示有（D ）个进程处于等待状态？A.0B.1C.2D.312．下面哪个不是与文件操作相关的Shell命令？（ D ）A.mvB.rmC.catD.ps13．在多台计算机组成的一个系统中，这些计算机之间可以通过通信来交换信息，互相之间无主次之分，它们共享系统资源，程序由系统中的全部或部分计算机协同执行。
天大《操作系统原理》学习笔记三
主 题题： 《操作系统原理》学习笔记内 容容：《操作系统原理操作系统原理》》学习笔记学习笔记三三————存储管理存储管理存储管理主存储器又称为内存储器，它是处理机可以直接访问的存储器。
主存速度快，但容量有限。
存储管理主要是对主存的管理，同时也涉及到主存和外存交换信息。
一、存储管理的目的与功能计算机的系统结构是以内存储器为中心。
受系统地址总线的限制，内存空间并不能做的很大。
16位地址总线，内存最大64KB 。
32位地址总线，内存最大4GB 。
在多道系统中，多个用户作业要同时使用有限的内存空间。
内存储器成为系统的“瓶颈”资源。
如何充分利用和有效管理内存空间，是操作系统必须完成的主要任务。
在多道系统中，存储管理的目的是为系统中并发运行的多道作业提供相互独立的存储空间，并为用户使用存储器提供方便。
主存储器的存储空间分为两个部分：系统区：用于存放操作系统的程序和数据。
用户区：存放系统应用程序和用户的程序和数据。
存储管理主要是对用户区的存储空间进行管理。
操作系统中存储管理的功能主要有五个方面：存储分配。
为进入系统的多个作业合理地分配存储空间每个作业的程序及其数据存放在内存空间的什么区域。
使用连续的内存区域，还是把它分成若干块来占用不连续的存储空间。
合理组织作业占用的空间，以达到既便于程序运行时存取信息，又能够最大限度地减小空间的浪费，使内存空间得到充分的利用地址变换。
用户作业调入内存空间时所处的位置是根据内存空间当时的状况决定的。
一般情况下，同一个程序在每次调入内存时所占用的位置是完全不同的。
为了保证程序在使用内存的不同区域时仍能正确地执行，必须把在程序执行时要访问的存储单元的位置，由用户在编制程序时所定的地址变换成它们在内存的实际地址。
地址变换又称为地址重定位。
存储保护。
在整个内存空间中既存放着系统的程序和数据，又有多个用户的程序和数据。
保证系统的程序和数据不被用户非法访问和破坏。
保证每一个用户信息的安全。
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
操作系统原理复习资料
1、缓冲技术中的缓冲池在（）中。
（2.0）A、主存B、外存C、 ROMD、寄存器正确答案： A2、在回收内存时可能出现下述情况：释放区与插入点前一分区F1相邻接，此时应（）（2.0）A、为回收区建立一分区表项，填上分区的大小和始址B、以F1分区的表项作为新表项且不做任何改变C、以F1分区的表项为新表项，但修改新表项的大小D、以F2分区的表项作为新表项，同时修改新表项的大小和始址E、以F1分区的表项为新表项，但修改新表项的大小且还要删除F2所对应的表项正确答案： C3、（）是排他性访问临界资源。
（2.0）A、同步B、通信C、调度D、互斥正确答案： D4、OS用来控制和管理一个文件的文件属性信息被称作该文件的( )（2.0）A、 PCBB、 FATC、关键字D、 FCB正确答案： D5、多道批处理系统硬件支持是20世纪60年代初发展起来的（）。
（2.0）A、 RISC技术B、通道和中断机构C、集成电路D、高速内存正确答案： B6、在分时系统中，当用户数目为100时，为保证响应时间不超过2s，此时的时间片最大应为（）。
（2.0）A、 10msB、 20msC、 50msD、 100msE、 200ms正确答案： B7、根据局部性理论，Denning 提出了()。
（2.0）A、 chache结构的思想；B、先进先出(FIFO)页面置换算法；C、工作集理论；D、最近最久未用(LRU)页面置换算法。
正确答案： C8、推动微机OS发展的主要动力是（）。
（2.0）A、提高系统资源利用率B、方便用户C、计算机硬件的不断更新换代正确答案： C9、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（）。
（2.0）A、存储设备B、系统设备C、用户设备D、虚拟设备正确答案： D10、如果利用20行、30列的位示图来标志空闲盘块的状态，假定行号、列号和盘块号均从1开始编号，则在进行盘块分配时，当第二次找到值为“0”的位处于第11行、第18列，则相应的盘块号为( )。