操作系统实验一的主题是系统调用，主要涉及到Linux内核和软件工程实践。在这个实验中，学生需要理解如何在操作系统中实现和使用系统调用。实验的初始步骤包括使用Subversion (SVN) 从指定的URL下载EPOS（可能是Embedded POSIX Operating System）的源代码，这是一个用于学习操作系统的开源项目。在实验环境中，使用Notepad++和命令行工具进行代码编辑和编译。 EPOS源代码包含了不同类型的文件，如`.h`头文件，`.c`C语言源文件，以及`.S`汇编语言文件。运行`make run`命令会在命令行环境下编译并执行代码，启动QEMU虚拟机来测试和展示实验结果。在实验过程中，如果遇到错误，可以通过`make debug`启动Bochs Enhanced Debugger进行调试。调试涉及查看汇编代码，因为C语言编写的高级代码会被编译成汇编指令执行。 实验的核心部分是实现一个新的系统调用，例如获取当前时间。在Kernel space（内核空间）中，需要在`machdep.c`中编写系统调用函数`sys_time()`，返回自启动以来的总时间。同时，要在`kernel.h`中声明这个函数，并在`syscall-nr.h`中定义系统调用号。在`machdep.c`的`syscall`函数中，根据系统调用号添加分支处理`sys_time`。 在User space（用户空间）中，需要在`syscall-wrapper.S`中添加汇编语言接口`WRAPPER(time)`，并在`syscall.h`中提供C语言的接口`time_t time(time_t *loc)`。在`main.c`中实际调用这个系统调用，通过`time(NULL)`或`time(pointer)`来获取当前时间，并通过`printf`打印出来。 实验完成后，可以使用`make clean`命令删除`.o`目标文件，保持工作区整洁。再次运行`make run`，会在QEMU中看到预期的输出，即当前的时间戳。 这个实验旨在让学生熟悉操作系统内核级别的编程，理解系统调用的实现过程，以及如何在用户态和内核态之间交互。通过实际操作，学生可以学习到版本控制、C语言编程、汇编语言接口、调试技巧，以及如何在虚拟环境中测试和验证操作系统组件。这个实验是操作系统课程的重要组成部分，有助于深入理解操作系统的基本原理和功能。

### 操作系统实验——线程的调度 #### 实验背景及目标 本次实验旨在通过实践操作，使学生深入了解操作系统中的线程调度机制，特别是优先级调度策略。通过一系列的步骤，包括修改现有代码来实现线程的静态优先级与动态优先级，并基于此设计并实现一种优先级调度算法。实验完成后，学生应能够掌握以下知识点： 1. **线程优先级的基本概念**：了解线程优先级的概念及其分类。 2. **静态优先级与动态优先级的区别**：理解两种优先级的不同之处以及它们是如何影响线程调度的。 3. **优先级调度算法的设计与实现**：学会如何设计并实现一个简单的优先级调度算法。 #### 实验内容详解 1. **静态优先级 (nice)**：静态优先级是指为线程设置的一个初始优先级值，它通常不会随着时间或线程的行为而改变。除非通过特定的系统调用如 `setpriority` 进行手动调整。在这个实验中，我们将通过以下几个步骤实现静态优先级： - 在 `struct tcb` 结构体中添加一个新的成员变量 `nice`，代表线程的静态优先级。 - 初始化新创建的线程时，默认将 `nice` 设置为0。 - 提供系统调用 `sys_getpriority` 和 `sys_setpriority` 来获取和设置线程的静态优先级。 2. **动态优先级 (priority)**：动态优先级是系统根据线程的使用情况（例如CPU使用时间）和当前系统负荷自动计算出的优先级。为了实现动态优先级的计算，我们需要执行以下操作： - 在 `struct tcb` 结构体中增加两个新成员变量：`estcpu` 和 `priority`。 - `estcpu` 记录线程最近使用的CPU时间量。 - `priority` 代表线程的动态优先级，其计算公式为：`priority = PRI_USER_MAX - (estcpu / 4) - (nice * 2)`，其中 `PRI_USER_MAX` 定义了最高可能的用户线程优先级，`estcpu` 是线程最近使用的CPU时间量，`nice` 是线程的静态优先级。 - 动态优先级的计算需要考虑系统当前的平均负荷，因此引入全局变量 `g_load_avg` 来跟踪系统的平均负荷。 3. **全局变量 `g_load_avg`**：这个变量用于存储系统的平均负荷。系统负荷会影响线程的动态优先级计算，因此我们定期更新这个值。具体的实现方法如下： - 在定时器中断处理程序中更新 `g_load_avg`。 - 每秒更新一次 `g_load_avg` 的值，公式为：`g_load_avg = (59/60) * g_load_avg + (1/60) * nready`，其中 `nready` 表示处于就绪状态的线程数量。 4. **优先级调度算法的实现**：在完成以上准备工作后，我们可以修改 `schedule` 函数以实现优先级调度算法。具体步骤如下： - 在 `schedule` 函数中计算每个线程的动态优先级 `priority`。 - 根据优先级选择下一个要执行的线程。 - 特别需要注意的是，`task0`（即线程0）是一个特殊线程，只有在没有其他可运行线程的情况下才会被调度执行。 5. **测试与验证**：最后一步是测试实现的调度算法是否正确工作。可以通过编写测试脚本或使用现有的测试框架来验证线程调度的行为是否符合预期。 #### 实验环境 - **编译器**：GCC - **链接器**：LD - **调试器**：GDB - **模拟器**：QEMU #### 实验步骤总结 1. **添加静态优先级字段**：在 `struct tcb` 中添加 `nice` 字段，并初始化。 2. **增加系统调用**：实现 `sys_getpriority` 和 `sys_setpriority` 以获取和设置线程的静态优先级。 3. **增加动态优先级相关字段**：在 `struct tcb` 中添加 `estcpu` 和 `priority` 字段。 4. **实现全局变量 `g_load_avg`**：用于跟踪系统的平均负荷。 5. **计算属性**：在定时器中断处理函数中计算 `g_load_avg` 和线程的 `estcpu`。 6. **修改调度函数**：在 `schedule` 函数中实现优先级调度算法。 7. **测试调度器**：编写测试脚本来验证调度算法的正确性。 通过以上步骤的学习与实践，学生不仅能够深入了解线程调度机制，还能掌握如何在实际操作系统中实现这些机制。这对于未来从事操作系统开发或研究的学生来说是非常宝贵的实践经验。

《深入探索uClinux：构建嵌入式操作系统的基石》 嵌入式操作系统是现代电子设备中的核心组成部分，其中uClinux以其轻量级、开源和强大的功能特性，在嵌入式领域中占据了一席之地。本文将深入探讨基于"uClinux-dist-20020927.tar.gz"压缩包的uClinux系统，以及如何在Ubuntu环境下进行开发。 "uClinux"，全称是"Microcontroller Linux"，是Linux内核的一个特殊分支，专门针对没有MMU（Memory Management Unit）的微处理器设计。由于这类处理器无法提供硬件级别的内存保护，uClinux通过软件方式实现了内存管理，使得Linux能够在这些资源受限的平台上运行，从而极大地扩展了Linux的应用范围。 这个压缩包"uClinux-dist-20020927.tar.gz"包含了uClinux的源代码和必要的构建工具，版本号为20020927，意味着它是在2002年9月27日发布的。在Ubuntu环境下解压并编译此源代码，可以得到一个适用于特定嵌入式平台的定制化Linux内核。Ubuntu作为一个流行的Linux发行版，提供了丰富的开发工具和稳定的环境，对于开发者来说，是一个理想的开发平台。 开发流程通常包括以下几个步骤： 1. **环境准备**：确保你的Ubuntu系统已经安装了基础的开发工具，如gcc编译器、make构建工具等。同时，可能还需要安装交叉编译工具链，以便为不同的目标平台生成代码。 2. **源码获取**：解压"uClinux-dist-20020927.tar.gz"，进入源码目录，了解项目结构和配置选项。 3. **配置内核**：使用`make menuconfig`命令，根据目标硬件平台的特性进行内核配置。这一步非常关键，因为不同的嵌入式设备可能需要不同的驱动和支持。 4. **编译内核**：执行`make`命令开始编译过程。这将生成适用于目标平台的内核映像和其他必要的二进制文件。 5. **制作文件系统**：uClinux还需要一个文件系统，包含基本的命令、库和配置文件。可以使用mkfs工具创建一个最小化的文件系统，并将其填充必要的内容。 6. **烧录和调试**：将编译好的内核和文件系统烧录到目标设备的存储介质上，然后通过串口或网络进行调试和测试。 在实际开发过程中，开发者可能会遇到各种挑战，例如驱动程序的适配、内存管理优化、性能调优等。这需要对Linux内核机制有深入理解，同时也需要熟悉目标硬件的工作原理。 标签中的"嵌入式操作系统"表明了这个项目的核心，它强调的是在资源有限的环境中运行的操作系统。"linux"则表明了它是基于Linux内核的，而"uclinux"则直接指明了我们讨论的主题——uClinux系统。 通过学习和实践基于"uClinux-dist-20020927.tar.gz"的项目，开发者不仅可以掌握嵌入式Linux的开发技术，还可以深入了解Linux内核的工作原理，为后续的嵌入式系统设计打下坚实基础。在物联网和智能硬件蓬勃发展的今天，具备这样的技能无疑将大大提升个人的竞争力。

该资源内项目源码是个人的课程设计、毕业设计，代码都测试ok，都是运行成功后才上传资源，答辩评审平均分达到96分，放心下载使用！ ## 项目备注 1、该资源内项目代码都经过测试运行成功，功能ok的情况下才上传的，请放心下载使用！ 2、本项目适合计算机相关专业(如计科、人工智能、通信工程、自动化、电子信息等)的在校学生、老师或者企业员工下载学习，也适合小白学习进阶，当然也可作为毕设项目、课程设计、作业、项目初期立项演示等。 3、如果基础还行，也可在此代码基础上进行修改，以实现其他功能，也可用于毕设、课设、作业等。 下载后请首先打开README.md文件（如有），仅供学习参考, 切勿用于商业用途。 该资源内项目源码是个人的课程设计，代码都测试ok，都是运行成功后才上传资源，答辩评审平均分达到96分，放心下载使用！ ## 项目备注 1、该资源内项目代码都经过测试运行成功，功能ok的情况下才上传的，请放心下载使用！ 2、本项目适合计算机相关专业(如计科、人工智能、通信工程、自动化、电子信息等)的在校学生、老师或者企业员工下载学习，也适合小白学习进阶，当然也可作为毕设项目、课程设计、作业、项目初期立项演示等。 3、如果基础还行，也可在此代码基础上进行修改，以实现其他功能，也可用于毕设、课设、作业等。 下载后请首先打开README.md文件（如有），仅供学习参考, 切勿用于商业用途。

【实验报告概述】 本次实验主要关注的是Linux操作系统中的文件基本操作，包括目录管理、路径理解、文件类型识别、文件属性查看、编辑器使用等。实验旨在加深学生对Linux操作系统的理解和掌握，提升其在终端中进行文件操作的能力。 【实验内容详解】 1. **目录结构创建**：学生需在自己的主目录下建立一个符合特定结构的目录树。这涉及到`mkdir`命令的使用，通过递归创建多个子目录。 2. **路径操作**：理解绝对路径和相对路径的概念，通过`pwd`命令获取当前工作目录的绝对路径，`cd`命令则用于切换目录。 3. **主目录、登录目录和工作目录**：了解主目录通常为`/home/用户名`，登录目录即首次登录时所在的目录，而工作目录则是当前所在的目录，可以通过`pwd`命令查看。 4. **文件类型和隐含文件**：文件类型包括普通文件、目录文件、链接文件等，通过`ls -l`可以查看。隐含文件（隐藏文件）是首字符为`.`的文件，如`.profile`。 5. **文件属性**：文件的权限、所有者、组信息等可通过`ls -l`查看。 6. **编辑器使用**：实验中涉及了`vi`和`emacs`两个文本编辑器的使用，包括文件的创建、编辑、保存和退出操作。 7. **Linux内核映像文件**：找到内核映像文件，通常位于`/boot`目录下，名为`vmlinuz`或`vmlinuz-版本号`，通过`file`命令查看文件类型。 8. **查找文件**：利用`find`命令查找`.profile`和`.login`文件，并查看其内容。 9. **显示隐含文件**：使用`ls -a`命令列出主目录下的所有文件，包括隐含文件。 10. **编写和运行bash脚本**：使用`vi`创建一个包含特定命令的bash脚本，如`echo $SHELL`和`chsh -l`，然后运行此脚本来查看当前shell及可用的shell列表。 11. **emacs编辑器操作**：使用emacs编辑器创建新文件，并输入指定文本，`-nw`选项表示在终端中运行而非图形界面。 12. **创建lab1文件**：在lab目录下创建lab1文件，内容为实验问题的文本。使用`cat`或`more`等命令查看文件内容和类型。 【实验要求】 学生需要在实验报告中详细记录每一步的操作过程，包括输入的命令和命令的输出结果，同时，对于涉及编辑器的部分，还需要展示编辑后的文件内容。通过这样的方式，不仅能够检验学生对Linux基本操作的掌握程度，也能培养他们解决问题和记录实验过程的能力。 【总结】 本实验是计算机操作系统教学的重要组成部分，通过实际操作，学生能更深入地理解Linux文件系统和命令行工具的使用，为后续的学习和工作中处理文件和系统管理打下坚实基础。

这是2023年5月发布的Raspberry Pi OS Lite (Bullseye) ARM64 Lite 版本的镜像文件。该版本基于Debian Bullseye，专为ARM64架构优化，提供了一个精简的操作系统，适合需要低资源消耗的应用场景。文件格式为 .img.xz，需解压后烧录到SD卡使用。请按照Raspberry Pi官方指南进行安装和配置。

文件名: 2023-05-03-raspios-bullseye-arm64.img.xz 这是 Raspberry Pi OS Bullseye ARM64 的镜像文件，版本日期为 2023-05-03。该文件是 .img.xz 格式，适用于 Raspberry Pi 设备。下载后，可以直接烧录到 SD 卡，用于启动 Raspberry Pi 设备。请确保在使用前，已经了解如何在 Raspberry Pi 上安装和使用操作系统。

知识点整理： 1. 操作系统的定义与作用：操作系统是管理系统资源、控制程序执行、提供多种服务、改善人机界面、为计算机提供良好运营环境的系统软件。其作用主要体现在作为顾客接口和公共服务程序、作为扩展计算机或虚拟计算机、作为资源管理者和控制者、作为程序执行的控制者和管理者。 2. 操作系统的运营方式：操作系统可提成独立运营的内核模型、在应用进程内执行的模型和作为独立进程运营的模型。 3. 操作系统的资源管理功能：操作系统具有六项重要功能，包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络与通信管理、解决器现场管理。 4. 操作系统的并发性、共享性和异步性：并发性是指两个或两个以上事件或活动在同一时间间隔内发生；共享性指操作系统中的资源可被多种并发执行的进程共同使用，而不是被其中某一种程序所独占；异步性由计算机系统中资源有限而进程众多导致，每个进程的执行并非连贯，而是以“走走停停”的方式向前推动。 5. 操作系统的中断与异常：中断是指程序执行过程中，遇到急需解决的某个事件时，中断CPU上现行程序的运行，转而执行相应事件的处理程序。中断源分为硬中断和软中断两类。 6. 操作系统的进程、虚存和文件抽象：进程抽象是指操作系统中管理程序执行的基本单位；虚存抽象是指操作系统为每个进程提供一个独立的虚拟地址空间；文件抽象是指操作系统对文件进行管理的方式。 7. 操作系统的内核模型：内核模型分为单指令流单数据流（SISD）、单指令流多数据流（SIMD）、多指令流多数据流（MIMD）和多指令流单数据流（MISD）。 8. 操作系统的分类：操作系统可分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。通用操作系统兼具批处理、分时、实时功能。 9. 操作系统的程序接口：操作系统的程序接口由一组系统调用构成，允许用户程序调用操作系统的服务和功能。 10. 操作系统的特权指令和非特权指令：特权指令是只能提供给操作系统核心程序使用的指令，如启动I/O设备、设立时钟等；非特权指令是供应用程序使用的权限较低的指令。 11. 操作系统的解决器状态分类：核心态和用户态是解决器的两种状态。核心态拥有对硬件和系统资源的完全访问权限，而用户态则只能使用有限的资源和权限。 12. 操作系统的多道程序设计：多道程序设计是指允许多种程序同时进入计算机的主存储器并开始交替计算，从宏观上看是并发的，但从微观上看是串行的，各程序轮流占用CPU交替执行。 13. 操作系统的资源隔离和授权访问：操作系统需要妥善解决资源隔离问题，以及授权访问问题，包括透明资源共享和显式资源共享。 14. 操作系统的中断响应过程：中断响应过程需要顺序执行发现中断源、保存现场、中断服务、恢复现场四个环节。 15. 操作系统的性能提升策略：操作系统提高CPU、主存和设备的使用效率，提升系统吞吐率，发挥计算机系统部件的并行性。 16. 操作系统的并行设计：并行性与并发性是操作系统设计中的重要特性，并行性是并发性的特例，而并发性是并行性的扩展。 17. 操作系统的存储器管理：包括资源复用（空分复用共享、时分复用共享）、资源抽象、以及组合使用抽象和虚化技术。 18. 操作系统的服务和功能调用：用户程序通过系统调用使用操作系统提供的底层服务和功能，系统调用是操作系统为用户提供的两种调用服务和功能的接口之一，另一种是程序接口。 通过上述内容，我们可以对操作系统的期末考试重点有一个全面的了解和掌握，为复习和考试做好充分的准备。了解操作系统的功能、特性、模型以及内部工作机制对于学好操作系统课程至关重要。

Linux操作系统是基于Unix的一种开源操作系统，它以其稳定性和灵活性被广泛应用于服务器领域。在Linux环境中，磁盘调度算法是操作系统内核的重要组成部分，用于优化I/O操作，提高系统效率。本实验报告关注的是两种常见的磁盘调度算法：先来先服务(FCFS)和最短寻道时间优先(SSTF)，并探讨如何在Linux环境下通过编程实现这些算法。 **先来先服务(FCFS)**算法是最简单的磁盘调度策略。在FCFS中，请求按照它们到达磁盘控制器的顺序被处理。这种算法易于实现，但可能会导致较长的平均寻道时间，特别是当请求顺序不理想时，可能导致“饥饿”现象，即某些请求需要等待很长时间才能得到服务。 在提供的代码中，FCFS算法的实现包括以下步骤： 1. 用户输入请求的数量和当前磁头位置。 2. 读取所有请求的位置。 3. 计算每个请求的寻道距离（当前磁头位置与请求位置的绝对差值）。 4. 求总寻道时间和平均寻道长度。 5. 输出寻道序列和相关统计数据。 **最短寻道时间优先(SSTF)**算法是一种贪心策略，每次选择离当前磁头位置最近的请求进行服务，以期望减少总的寻道时间。然而，SSTF算法可能导致磁头频繁地来回移动，形成“磁臂粘着”现象，即磁头在一个区域附近来回移动，无法服务远处的请求。 SSTF算法的实现则需要额外的逻辑来找到当前最接近磁头的请求，如`find_closest_request`函数所示。这个函数遍历请求队列，找到未访问且与磁头位置差异最小的请求，并返回其索引。 实验的目的不仅在于理解这两种算法的原理，还在于掌握如何在Linux环境下使用进程或线程实现这些算法。进程和线程是操作系统中的基本概念，线程在同一进程内的并发执行可以提高程序的效率。在实现磁盘调度算法时，使用线程可以让多个请求同时进行处理，从而模拟多任务环境。 此外，实验还要求实现另外两种磁盘调度算法：SCAN和CSCAN。SCAN算法是磁头单向扫描，从一端移动到另一端，服务沿途的所有请求，然后反方向移动。CSCAN算法则避免了磁头返回原点，而是形成一个环形队列，始终朝一个方向移动。 通过对比不同调度算法，可以分析它们在执行效率、公平性和响应时间等方面的性能差异。实验结果可以帮助我们理解哪种算法更适合特定的应用场景，例如，FCFS适合低负载环境，而SSTF和SCAN/CSCAN可能更适合高并发环境，以减少平均寻道时间和提高I/O性能。 总结来说，这个实验涵盖了操作系统中的核心概念——磁盘调度，以及如何在Linux环境下用C语言实现这些算法。通过实际编程和分析，学生能够深入理解这些算法的优缺点，并为期末复习打下坚实基础。

【知识点详解】 本文主要涉及的是基于Windows Server 2012的网络操作系统与安全的课程设计，涵盖了多个关键网络服务的配置与应用。Windows Server 2012是一款强大的网络操作系统，它提供了丰富的网络服务功能，包括动态主机配置协议(DHCP)、Web服务、FTP服务、邮件服务以及证书服务等。 1. **DHCP配置**： DHCP是动态主机配置协议的缩写，它允许网络管理员集中管理IP地址分配。当网络中的设备（如客户端计算机）启动时，它们会广播请求获取IP地址。DHCP服务器回应这些请求，提供IP地址、子网掩码、默认网关等网络参数。在Windows Server 2012中配置DHCP服务，可以简化网络管理和维护，确保网络中所有设备都能正确地接入网络。 2. **Web服务配置**： Web服务配置涉及到将Windows Server 2012设置为IIS（Internet Information Services）服务器，提供网页内容的访问。IIS支持多种Web应用程序，包括静态HTML页面、ASP.NET和PHP等动态内容。配置Web服务需要安装IIS角色，然后创建网站、配置绑定、设置访问权限等，以确保客户端能够安全地访问服务器上的Web资源。 3. **FTP服务配置**： FTP（文件传输协议）服务允许用户在互联网上上传和下载文件。在Windows Server 2012中，可以通过安装FTP服务角色来实现。配置FTP服务器包括创建FTP站点、设置用户访问权限、配置防火墙规则等，以确保数据传输的安全性和效率。 4. **邮件服务配置**： 企业内部通常需要电子邮件服务进行内部通信。Windows Server 2012可以通过安装Exchange Server等邮件服务器软件来提供此服务。配置邮件服务涉及设置SMTP（简单邮件传输协议）和POP3（邮局协议）服务，创建邮件域，管理用户邮箱，并确保邮件安全传输。 5. **证书服务配置**： 证书服务是Windows Server 2012中用于提供公钥基础设施（PKI）的一部分，用于生成、颁发和管理数字证书。这些证书用于加密通信、身份验证等，对于网络安全至关重要。配置证书服务需要设置证书颁发机构（CA），定义证书模板，并进行必要的安全配置。 6. **活动目录的部署和配置**： 活动目录（Active Directory）是Windows Server的核心组件，用于组织和管理网络资源，如用户账户、计算机账户和组策略。部署和配置活动目录包括创建森林和域结构，设置DNS（域名系统），创建组织单元，以及用户和计算机账户的管理。 在实际的课程设计过程中，学生需要进行详细的需求分析，理解各个服务的原理，绘制拓扑结构图，记录配置步骤，并截图作为证据。总结心得体会，反思在配置过程中遇到的问题及解决方法，以便提高对网络操作系统与安全的理解和实践能力。同时，参考文献的引用有助于深化理论学习，确保设计方案的科学性和有效性。