山东大学2022操作系统课设（2020级）。Shandong University operating system course design, using NACHOS-3.4-UALR-2022..zip 在当今的信息时代，操作系统作为计算机系统的核心，扮演着至关重要的角色。它不仅管理着计算机硬件资源，还为应用程序提供了执行环境，使得用户可以更加方便地使用计算机进行各种任务。操作系统课程设计是计算机科学与技术专业学生的一门重要实践课程，通过这样的课程设计，学生能够将理论知识与实际操作相结合，深入理解操作系统的设计原理与实现技术。 山东大学作为中国历史悠久且具有深厚学术积淀的高等学府，其计算机科学与技术专业的学生在操作系统课程中也面临着课程设计的任务。2022年的课程设计涉及到了使用NACHOS这一教学操作系统作为开发平台，NACHOS是一个用于教学目的的操作系统内核，特别设计用于帮助学生理解和学习操作系统的基本概念和原理。通过这种教学工具，学生可以更加直观地体验操作系统的设计过程，包括进程管理、内存管理、文件系统等核心功能的实现。 在课程设计的实施过程中，学生需要对NACHOS的源代码进行阅读、分析和修改，以实现一定的功能或解决特定的问题。通过这样的操作，学生不仅能够加深对操作系统知识的理解，还能够锻炼自己的编程能力，提高解决实际问题的能力。而且，使用NACHOS进行课程设计还有助于学生构建操作系统的基本框架，为将来深入学习更加复杂的操作系统打下坚实的基础。 本次课程设计中，学生不仅会接触到操作系统的基本概念，如进程调度、同步机制、内存管理策略等，还可能需要处理文件系统的操作和管理，以及理解计算机网络通信在操作系统中的应用。这些内容对学生的理论知识和实际操作能力提出了较高的要求，但通过这种实践，学生能够对操作系统的工作原理有一个全面而深入的认识。 值得一提的是，操作系统课程设计不仅仅局限于技术层面的学习。它还可能要求学生对项目进行文档编写，包括需求分析、设计方案、测试报告等。这样的工作流程培养了学生系统分析和文档编写的能力，这对于他们将来无论是继续深造还是走向职场，都具有重要的意义。 操作系统的课程设计，通常需要学生具备一定的先修知识，例如计算机组成原理、数据结构、计算机网络等课程的基础知识。在具备这些基础知识的前提下，通过操作系统课程设计的实践，学生能够更好地将所学知识进行融会贯通，形成系统化的知识结构。 山东大学2022级的学生在进行操作系统课设时，选择使用NACHOS-3.4-UALR-2022这一版本，这一选择表明了学校教学计划的更新以及对学生实践能力培养的重视。通过对这一教学平台的深入学习和实践，学生能够获得宝贵的系统开发经验，为未来在计算机科学领域的发展打下坚实的基础。 在计算机科学领域，操作系统的知识不仅在学术研究中占有重要地位，而且在工业界也是不可或缺的。许多高技术公司，如谷歌、微软、华为等，都在操作系统领域拥有自己的产品或技术，这些公司不断对操作系统进行创新和发展，为计算机科学的发展做出了重要贡献。因此，山东大学计算机科学与技术专业的学生通过操作系统的课程设计，不仅能够适应学术领域的需求，也能够适应未来工业界对人才的需求。 山东大学的操作系统课程设计是计算机科学与技术专业学生学习过程中的重要环节，它不仅锻炼了学生的实践操作能力，也加深了学生对操作系统理论知识的理解。通过这样的课程设计，学生能够在理论与实践相结合的过程中，提升自身的专业技能，为未来的发展奠定坚实的基础。

### 操作系统基础原理与实践 #### 一、操作系统概览 **操作系统**(Operating System, OS)是计算机系统的核心组成部分，它负责管理计算机硬件资源、为应用程序提供服务，并且为用户交互提供接口。《Operating Systems: Principles and Practice》是一本被美国伯克利大学、卡内基梅隆大学等顶尖学府广泛采用的教材，对于学习和理解操作系统的基本原理与实践应用具有很高的参考价值。 #### 二、操作系统的核心概念 在本书的第一章“Introduction”中，作者Thomas Anderson和Michael Dahlin深入浅出地介绍了操作系统的定义、评价标准以及简短的历史回顾。 ##### 1.1 什么是操作系统？ 操作系统可以定义为一个复杂的软件程序，它控制着计算机硬件资源的分配和使用，为其他软件提供运行环境，并通过各种机制支持多任务处理、内存管理和设备控制等功能。操作系统的核心功能包括： - **进程管理**：创建、调度和终止进程。 - **内存管理**：管理计算机的主存空间。 - **文件系统**：组织和存储文件。 - **设备管理**：控制输入/输出设备的操作。 - **安全保护**：确保数据的安全性和完整性。 ##### 1.2 评价标准 操作系统的性能可以通过一系列量化指标进行评估，这些指标包括但不限于： - **响应时间**：系统对用户请求作出反应的时间。 - **吞吐量**：单位时间内能够完成的工作量。 - **资源利用率**：CPU、内存和其他硬件资源的有效使用程度。 - **可靠性**：系统稳定运行的能力，避免故障和崩溃。 - **可移植性**：操作系统能够在不同硬件平台上运行的能力。 - **安全性**：保护数据免受未经授权的访问或修改。 ##### 1.3 操作系统简史 操作系统的发展经历了多个阶段，从最初的批处理系统到现在的多用户多任务操作系统，其演变历程体现了技术的进步和用户需求的变化。早期的操作系统主要关注于如何有效地利用硬件资源，而现代操作系统则更加强调用户体验和安全性。 #### 三、内核与进程 第二章“The Kernel Abstraction”详细介绍了操作系统内核的概念及其重要性。内核是操作系统的核心部分，负责提供最底层的服务和支持。 ##### 2.1 进程概念 进程是操作系统中的基本执行单元，每个进程都有自己的虚拟地址空间、程序计数器和栈。操作系统通过创建、调度和终止进程来管理多任务处理。 ##### 2.2 双模式操作 操作系统通常采用双模式操作，即用户模式和内核模式。用户模式下的程序无法直接访问硬件资源，而内核模式下的程序则可以直接控制硬件。 ##### 2.3 安全控制转移 为了确保系统的安全性，操作系统需要实现安全的控制转移机制。当从用户模式切换到内核模式时，这种转移必须是可控且安全的。 ##### 2.4 启动操作系统内核案例研究 这一节提供了启动操作系统内核的实际案例，帮助读者理解操作系统启动过程的具体步骤和技术细节。 ##### 2.5 虚拟机案例研究 虚拟机技术允许在一台物理机器上运行多个独立的操作系统实例，这一节探讨了虚拟机的实现方法及其优势。 #### 四、编程接口 第三章“The Programming Interface”着重介绍操作系统的编程接口(API)，这是应用程序与操作系统之间通信的关键。 ##### 3.1 进程管理 操作系统提供了一系列API用于管理进程，包括进程的创建、调度、同步和通信等。 ##### 3.2 输入/输出 输入/输出(I/O)是操作系统中的另一个核心功能，它涉及到数据在设备与系统之间的传输。 ##### 3.3 实现shell案例研究 这一节提供了一个具体的案例研究，展示了如何实现一个简单的命令行解释器(shell)。 ##### 3.4 进程间通信案例研究 进程间通信(IPC)是操作系统中的一个重要主题，用于解决进程间的协作问题。 #### 五、并发性 第四章“Concurrency and Threads”探讨了并发性的概念以及线程的实现方式。 ##### 4.1 线程：抽象与接口 线程是轻量级的进程，它们共享相同的内存空间，并且可以在同一进程中并发执行。 ##### 4.2 简单API及示例 这一节提供了一些简单的线程API示例，帮助读者理解线程的基本使用方法。 ##### 4.3 线程内部实现 这部分详细讲解了线程的内部结构和实现机制，包括线程调度、同步机制等。 ##### 4.4 实现细节 进一步探讨了线程实现的具体技术细节，如线程的状态转换、上下文切换等。 #### 六、共享对象的同步 第五章“Synchronizing Access to Shared Objects”重点介绍了在多线程环境中同步访问共享资源的方法。 ##### 5.1 挑战 多线程环境下，共享资源的访问可能会导致竞争条件等问题，这一节分析了这些问题的原因。 ##### 5.2 共享对象与同步变量 为了确保多个线程能够正确地访问共享资源，操作系统提供了多种同步机制，如锁、信号量等。 ##### 5.3 锁：互斥 互斥锁是一种常见的同步机制，用于防止多个线程同时访问同一资源。 ##### 5.4 条件变量：等待变化 条件变量允许线程等待特定条件满足后继续执行，这对于实现复杂的同步逻辑非常有用。 #### 七、高级同步 第六章“Advanced Synchronization”讨论了更复杂的同步策略和技术。 ##### 6.1 多对象同步 在多线程环境中，可能需要对多个对象进行同步操作，这要求采用更高级的同步策略。 ##### 6.2 死锁 死锁是多线程编程中常见的问题之一，它发生在多个线程互相等待对方释放资源的情况下。 ##### 6.3 替代同步方法 除了传统的锁机制外，还有其他同步方法可用于解决并发访问问题，如无锁编程技术等。 #### 八、调度 第七章“Scheduling”介绍了进程和线程的调度算法及其优化。 ##### 7.1 单处理器调度 单处理器系统中的调度主要关注如何高效地在多个进程或线程之间分配CPU时间。 ##### 7.2 多处理器调度 随着多核处理器的普及，多处理器系统中的调度变得尤为重要，需要考虑负载均衡和并行执行等因素。 ##### 7.3 能效感知调度 能效感知调度策略旨在平衡系统性能与能耗，减少不必要的能量浪费。 ##### 7.4 实时调度 实时系统需要保证关键任务能够在规定时间内完成，实时调度算法对此至关重要。 #### 九、内存管理 第八章“Address Translation”和第九章“Caching and Virtual Memory”集中讨论了内存管理的重要方面。 ##### 8.1 地址转换概念 地址转换是指将程序使用的虚拟地址映射到实际的物理地址，这是实现虚拟内存的关键。 ##### 8.2 分段与分页 分段和分页是两种常用的内存管理技术，它们分别按照固定大小或不固定大小的区域进行划分。 ##### 9.1 缓存与虚拟内存 缓存技术可以提高内存访问速度，而虚拟内存则允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间。 《Operating Systems: Principles and Practice》不仅涵盖了操作系统的基础理论，还提供了丰富的实践案例和技术细节，非常适合计算机科学专业的学生和从业人员作为学习参考资料。

We demonstrate the possibility of post-fabrication trimming of the response of nitrogen-rich silicon nitride racetrack resonators by using an ultraviolet laser. The results revealed the possibility to efficiently tune the operating wavelength of fabricated racetrack resonators to any point within the full free spectral range. This process is much faster than similar, previously presented methods (in the order of seconds, compared to hours). This technique can also be applied to accurately trim t

OSEK的某些部分由ISO17356标准化。(可私信博主，获得该标准) ISO 17356由以下部分组成： -OSEK Glossary （位于OSEK Binding 1.4.1，ISO 17356-1的一部分，由ISO-style introduction和glossary组成） -OSEK Binding Specification（基础：OSEK Binding 1.4.1，ISO 17356-2，glossary除外） -OSEK OS（基础：OSEK OS2.2.1，ISO 17356-3） -OSEK COM（基础：OSEK COM3.0.2，ISO 17356-4） -OSEK NM（基地：OSEK NM2.5.2，17356-5） -OSEK OIL（基础：OIL 2.4.1，ISO 17356-6） OSEK/VDX操作系统是汽车行业的联合项目，旨在为车辆中的分布式控制单元建立一个开放架构的行业标准。这个标准由多个部分组成，其中OSEK OS（操作系统）是关键组件之一，其版本为2.2.3。这个文档是官方发布的，并且替代了之前的所有版本。虽然OSEK组织保留随时修改文档而不事先通知的权利，但不会对任何错误承担责任。 OSEK OS 2.2.3是一个实时操作系统，支持多任务处理，特别适用于汽车应用。它并不特指某个具体的产品实现，而是定义了一套操作系统的设计理念和应用编程接口(API)，使得不同厂商能够遵循同一规范开发兼容的软件系统。 文档的目的是定义OS的体系结构，包括任务管理、时间管理、内存管理、中断管理等核心功能。它不包含具体的实现细节，而这些细节通常在OSEK实施语言(OIL)规范中描述，OIL用于指导系统的实现和生成。 在OSEK项目中，有以下几个相关的标准部分： 1. OSEK Glossary：位于OSEK Binding 1.4.1中，是ISO 17356-1的一部分，提供了术语定义和ISO风格的引言。 2. OSEK Binding Specification：构成了ISO 17356-2，除了glossary之外，它定义了OSEK规范的基本框架。 3. OSEK OS：基于OSEK OS2.2.1，对应ISO 17356-3，详细描述了操作系统的功能和接口。 4. OSEK COM：基于OSEK COM3.0.2，ISO 17356-4，涵盖了通信接口和协议。 5. OSEK NM：基于OSEK NM2.5.2，ISO 17356-5，关注网络管理和任务间的通信。 6. OSEK OIL：基于OIL 2.4.1，ISO 17356-6，定义了实现语言的规范，帮助开发者实现符合OSEK标准的系统。 OSEK OS的API定义了应用程序如何与操作系统交互，包括创建、删除和调度任务，设置定时器，以及使用信号量、互斥锁等同步机制。此外，还包含了错误处理和系统资源管理的规定，确保了跨平台的一致性和兼容性。 OSEK OS的实时特性使其特别适合汽车电子控制单元(ECU)的需求，比如发动机管理系统、刹车控制系统、车载娱乐系统等。通过这样的标准化，汽车制造商可以更轻松地选择不同的供应商，确保各个ECU之间的软件能无缝集成。 OSEK/VDX操作系统规范2.2.3是汽车电子领域的一个重要标准，它不仅定义了操作系统的功能和接口，还通过一系列的国际标准，促进了汽车行业软件开发的标准化和互操作性。这对于降低开发成本、提高产品质量和系统可靠性具有重要意义。

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[操作系统概念.（操作系统恐龙书）].Silberschatz.Galvin.Operating.System.Concepts.7th.

Written by Abraham Silberschatz