操作系统课程设计
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目录
CATALOGUE
02.
设计原理
04.
关键技术实践
05.
实验案例分析
01.
基础概述
03.
核心模块实现
06.
课程总结与提升
基础概述
01
操作系统定义与发展历程
01
操作系统（OperatingSystem，OS）是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，它是用户与计算机硬件之间的桥梁，为用户提供方便、安全、高效的使用环境。
操作系统经历了从手工操作到批处理系统、分时系统、实时系统、现代操作系统等多个阶段，逐步形成了如今功能强大、易于使用的操作系统。
Unix、DOS、Windows、Linux等操作系统的诞生和发展对计算机产业和应用产生了深远影响。
02
03
操作系统定义
发展历程
重要里程碑
核心功能
操作系统具有处理器管理、存储管理、文件系统、设备管理和用户接口等五大核心功能，通过这些功能实现对计算机硬件和软件资源的管理和调度。
组成模块
操作系统通常由内核、系统调用接口、命令行接口、图形用户界面、文件系统、驱动程序等组成，这些模块共同协作，完成操作系统的各项功能。
内核
内核是操作系统的核心部分，负责管理硬件、提供基本功能并确保系统安全稳定运行。它分为单内核和微内核两种结构，各自具有不同的优缺点。
核心功能与组成模块
01
02
03
典型操作系统分类与对比
分类方式
操作系统可以按照应用领域、技术架构、开源与否等多种方式进行分类。如按应用领域可分为桌面操作系统、服务器操作系统、嵌入式操作系统等；按技术架构可分为分层式操作系统、模块化操作系统等。
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典型代表
桌面操作系统以Windows、macOS、Linux为代表，服务器操作系统以Linux、WindowsServer为代表，嵌入式操作系统以VxWorks、RT-Thread等为代表。
02
对比分析
不同操作系统在性能、稳定性、安全性、易用性等方面存在差异。例如，Linux操作系统具有开源、稳定性高、安全性强的特点，适用于服务器和嵌入式系统；而Windows操作系统则具有易用性强、软件兼容性好的特点，适用于桌面办公和娱乐场景。
03
设计原理
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分层架构
抽象与封装
模块化设计
安全性
操作系统采用分层架构，如三层结构或四层结构，以确保系统的稳定性和可扩展性。
采用抽象技术，将底层硬件细节与上层应用程序分离，提供统一的接口和编程模型。
将系统功能划分为独立模块，各模块之间通过接口进行通信，以降低系统复杂度和维护成本。
系统架构设计需考虑安全因素，确保数据的机密性、完整性和可用性。
系统架构设计原则
包括进程创建、调度、同步、通信和终止等，以确保多进程并发执行时系统资源的合理分配和使用。
进程管理
对各种硬件设备进行统一管理和调度，提供设备驱动程序和接口，确保设备的正常运行和高效使用。
设备管理
采用虚拟内存技术，实现内存的动态分配和释放，提高内存利用率和系统性能。
内存管理
设计合理的文件系统结构，提供文件存储、访问、共享和保护等功能，以满足不同用户的需求。
文件系统
资源管理机制解析
提供丰富的命令行工具，方便用户进行系统操作和管理。
命令行接口
设计合理的交互模型，如事件驱动模型、请求响应模型等，确保用户与系统之间的交互顺畅、自然。
交互模型
设计直观、易用的图形界面，包括窗口、图标、菜单和对话框等，以提高用户的操作效率。
图形用户接口
关注用户的使用感受，从界面设计、操作流程、反馈机制等方面优化用户体验，提高用户满意度。
用户体验
用户接口与交互模型
核心模块实现
03
进程管理与调度算法
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了解进程的基本概念、进程组成要素和进程分类方式。
进程的概念、组成及分类
掌握多种进程调度算法，如先来先服务、短作业优先、优先级调度等，以及实时调度算法。
进程调度算法
熟悉进程间通信的几种方式，如管道、消息队列、共享内存等。
进程间通信
01
03
02
了解进程同步与互斥的概念，熟悉信号量、互斥锁等同步机制。
进程同步与互斥机制
04
内存管理的基本概念
理解内存管理的目标、功能和基本策略。
内存分配与虚拟内存设计
01
内存分配与回收
掌握内存分配的几种方式，包括静态分配、动态分配以及内存回收方法。
02
虚拟内存技术
熟悉虚拟内存的概念、原理及其实现方式，包括分页、分段和段页式存储管理。
03
内存保护与共享
了解内存保护机制，如地址空间布局、权限设置等，以及内存共享的实现方式。
04
文件组织与管理
掌握文件的逻辑结构、物理结构及其转换方法，熟悉目录管理及文件共享与安全。
了解文件系统可靠性措施，如数据一致性、备份恢复等。
文件系统可靠性
了解文件系统的组成、文件类型及文件访问方法。
文件系统基本概念
熟悉存储空间分配和回收方法，了解磁盘调度算法及其性能评价。
存储空间