操作系统实验指导

出版者:清华大学出版社

作者:任爱华

页数:252

出版时间:2004-6-1

价格:22.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302085218

具体描述

《操作系统实验指导》操作系统课程的实验环节一直是操作系统教学的难点。《操作系统实验指导》通过Windows和Linux两个操作系统各自的编程接口，提供一些编程实例，心此加深学生对操作系统工作原理的领会和对操作系统实现方法的理解，并且使学生在程序设计方面得到基本的训练。《操作系统实验指导》在Windows环境下提供了关于进程的建立和进程这间的相互通信、存储管理内容的实践、网络驱动程序的开发以及虚拟磁盘驱动程序设计4个实验。在Linux环境下提供了关于操作系统的命令接口程序shell的编制、存储管理相关内容的实路、作业调研系统以及虚拟磁盘文件系统管理4个实验。 《操作系统实验指导》的实验环境是基于Windows操作系统或者是Linux操作系统的。

目录信息

第一部分 基于Windows环境的实验
实验一 生产者和消费者问题
实验二 Windows虚拟存储器管理
实验三 NDIS协议驱动程序的分析与改进
实验四 虚拟磁盘驱动程序设计
第二部分 基于Linux环境的实验
实验五 shell程序
实验六 虚拟存储
实验七 作业调度系统
实验八 文件系统
第三部分 附录
附录A Linux的安装与使用
附录B Linux文件系统主要数据结构
实验参考文献
· · · · · · (收起)

用户评价

这本书的封面设计相当朴实，没有那种花里胡哨的图饰，而是以一种沉稳的蓝色为主调，搭配上醒目的白色书名，显得专业且严肃。我拿到手的时候，就有一种“干货满满”的预感。翻开第一页，不是什么长篇的序言或者作者介绍，而是直接进入了目录。目录的编排很清晰，条理分明，每一章都概括了一个核心的实验主题，比如进程管理、内存管理、文件系统等等。最让我印象深刻的是，目录后面紧跟着的是一个简短而精炼的“实验前须知”，这部分内容非常实用，比如强调了实验环境的搭建、虚拟机的使用注意事项，以及一些基础的Linux命令的预习建议。这一点做得非常好，让我觉得作者非常体贴读者，预料到了我们在实验过程中可能会遇到的困难。我之前也看过一些其他的实验指导书，很多都只是简单地罗列实验项目，缺乏这种引导性的前奏，导致我们在动手之前往往会感到茫然。这本书的这种设计，大大降低了学习门槛，让我觉得即使是初学者，也能在相对短的时间内进入状态。而且，书本的纸张质量也不错，不是那种容易泛黄或者掉页的劣质纸，印刷清晰，文字大小适中，长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。整体来说，从拿到书的初步印象来看，这本书就是为想要扎实掌握操作系统原理的读者量身打造的。

在内存管理这部分，这本书的实验设计非常到位，真正做到了理论与实践的深度结合。我一直觉得虚拟内存、分页、分段这些概念在书本上看起来有些晦涩，但通过这本书的实验，我有了全新的认识。书中首先从最基础的内存分配和回收讲起，通过模拟一个简单的内存管理器，让我们理解了首次适应（First Fit）、最佳适应（Best Fit）等算法是如何工作的，以及内存碎片是如何产生的。我尤其喜欢的是，书中提供了可视化工具的指引，让我们在程序运行时能够直观地看到内存的分配和释放过程，以及内存块的状态变化。这种可视化操作，对于理解抽象的内存分配算法非常有帮助。接着，书中深入到了分页机制。我印象最深刻的是一个关于页表（Page Table）管理的实验。书中引导我们如何构建和维护一个页表，以及当一个进程发生页错误（Page Fault）时，操作系统是如何进行页的调入和调出的。通过模拟不同的页面置换算法，比如LRU（Least Recently Used）、FIFO（First-In, First-Out），我亲身体验了它们在页面命中率上的差异。当我看到通过修改页面的访问顺序，能够显著影响到页面置换的频率时，我才真正理解了这些算法背后的逻辑和它们对系统性能的影响。书中的实验代码清晰易懂，注释也很详细，即使是对于之前对内存管理不太熟悉的读者，也能逐步掌握。

这本书在系统调用这个关键概念的实验设计上，给我提供了一个绝佳的“窥探”操作系统的窗口。之前我总是觉得系统调用离我这种用户层面的编程很远，是内核的事情。但通过这本书的实验，我才真正理解了用户程序是如何与操作系统内核进行交互的。最让我印象深刻的是一个关于标准输入输出（stdin/stdout）重定向的实验。书中引导我们使用`dup2()`系统调用来实现这个功能。当我成功地将程序的标准输出重定向到一个文件中，或者将另一个文件的内容作为程序的标准输入时，我才真正体会到了系统调用在实现各种便捷功能背后的强大力量。书中不仅给出了`dup2()`的用法，还详细解释了文件描述符（File Descriptor）的概念，以及为什么`dup2()`能够实现重定向。另一个让我茅塞顿开的实验是关于进程间通信（IPC）的。书中介绍了多种IPC机制，比如管道（Pipes）、消息队列（Message Queues）和共享内存（Shared Memory）。我特别喜欢书中通过管道实现父子进程之间通信的实验。通过创建管道，然后父进程向管道写入数据，子进程从管道读取数据，我直观地看到了数据如何在两个独立的进程之间流动。这个过程让我理解了，为什么进程之间需要一种机制来进行数据交换，以及系统调用是如何为我们提供这种能力的。

这本书在讲解操作系统中的并发与并行（Concurrency and Parallelism）这一核心概念时，给我带来了深刻的“感悟”。虽然我之前在学习中经常听到这两个词，但总觉得它们之间界限模糊，难以区分。这本书通过一系列精心设计的实验，让我从实践层面理解了它们的区别与联系。首先，书中通过多线程的实验，让我直观地感受到了“并发”的魅力。我看到多个线程能够交替执行，虽然在同一时刻只有一个线程真正占用CPU，但整体上感觉任务在同时进行，大大提高了程序的响应速度。这让我深刻理解了并发的核心在于“交替执行”和“宏观上的并行”。接着，书中又进一步引导我思考“并行”。我注意到，当我们在多核CPU上运行多线程程序时，多个线程可以真正地在不同的CPU核心上同时执行，这就实现了真正的“并行”。书中还通过一些对比实验，让我们去分析在单核CPU和多核CPU上运行相同的并发程序时，性能上的差异，从而量化了并行带来的好处。我印象特别深的是，书中提供了一个利用多进程实现并行计算的例子，通过将一个大型计算任务分解成多个子进程，并在多个CPU核心上同时运行，我看到了并行处理带来的巨大效率提升。这本书并没有简单地给出定义，而是通过大量的实践操作，让我自己去体会和领悟并发与并行的本质，这种学习方式让我觉得非常受用。

线程的创建和管理，这本书的实验设计让我觉得非常“动手”。我之前总是觉得线程是隐藏在语言特性背后的东西，不清楚它到底是怎么在操作系统层面实现的。这本书通过提供一系列的实验，让我能够深入到线程的底层。第一个让我印象深刻的实验是线程的创建与销毁。书中引导我们使用`pthread_create()`函数来创建新的线程，并且需要学习如何传递参数给新线程，以及如何使用`pthread_join()`来等待线程的结束。当我成功地创建了多个线程，并且它们能够独立地执行，最后又能够被正确地回收资源时，我感到非常有成就感。我还花了很多时间去研究线程的同步问题，尤其是在多个线程访问共享变量时。书中提供了一些经典的例子，比如多个线程同时对一个计数器进行累加。如果没有锁的保护，结果就会出现错误。我通过书中提供的代码，自己动手去添加互斥锁（Mutex），并且观察到添加锁之后，程序的运行结果变得正确。这让我深刻理解了线程同步的必要性。另一个让我受益匪浅的实验是关于线程的属性设置，比如线程的栈大小、调度策略等。通过修改这些属性，我能够观察到它们对线程行为的影响，这让我对线程有了更全面的认识。

这本书在讲解操作系统中的信号（Signals）和异常处理（Exception Handling）方面，给我一种“安全网”的体验。我之前总是觉得程序中的错误是不可避免的，但这本书让我看到了操作系统是如何通过信号和异常处理机制来应对这些错误的。最让我印象深刻的是关于信号处理的实验。书中引导我们如何使用`signal()`函数来捕获和处理各种信号，比如中断信号（SIGINT）、终止信号（SIGTERM）以及段错误信号（SIGSEGV）。当我成功地捕获了Ctrl+C产生的SIGINT信号，并且自定义了退出时的提示信息时，我才真正体会到了信号处理的威力。书中还详细解释了不同信号的含义，以及它们通常是由什么引起的。另一个让我觉得非常实用的实验是关于段错误（Segmentation Fault）的处理。当我故意编写一段会产生段错误的C语言代码，并且观察到程序被操作系统终止，同时系统日志中记录了相关的错误信息时，我才意识到操作系统是如何检测和响应这种底层错误的。书中还介绍了一些更高级的异常处理机制，比如使用`setjmp()`和`longjmp()`来模拟异常的跳转，这让我对程序的健壮性有了更深的理解。

进程调度这个主题，一直是我学习操作系统过程中觉得最“动态”也最“策略性”的部分。这本书在这方面的实验安排，可以说是把这种动态性和策略性展现得淋漓尽致。它不是简单地告诉你各种调度算法的名字，而是让你亲手去“扮演”操作系统调度器的角色。我非常喜欢书中设计的模拟调度器实验。它提供了一个简化的进程模型，每个进程都有自己的到达时间、执行时间、优先级等属性。然后，我们需要根据不同的调度算法，比如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（Round Robin）以及优先级调度，来决定下一个执行哪个进程。在实现FCFS的时候，我体会到了最简单直接的调度方式；而在实现SJF时，我则感受到了那种为了减少平均等待时间而需要“预见未来”的挑战。最让我觉得烧脑又刺激的是时间片轮转和优先级调度。在时间片轮转中，我需要不断地为进程分配时间片，并在时间片用完后将其放回就绪队列，同时还要处理新进程的插入。而在优先级调度中，我则要根据进程的优先级进行调度，并且还要考虑如何处理相同优先级的进程。书中提供的图示和计算平均周转时间、平均等待时间的公式，让我能够量化不同算法的优劣。我花了很多时间去调试我的调度器代码，观察进程在不同调度策略下的执行顺序和状态变化，这种亲手“调度”的感觉，让我对CPU资源的管理有了更深刻的直观认识。

这本书在文件系统管理这块的内容，给我留下了非常深刻的“操作感”。在学习操作系统的过程中，文件系统总是给我一种比较抽象的感觉，感觉它离我们日常使用的文件和文件夹很近，但又不知道背后到底是怎么实现的。这本书的实验设计，恰恰弥补了这一点。它不仅仅是讲解概念，而是让我们亲手去“构建”和“管理”一个简单的文件系统。例如，有一个实验是关于文件存储空间的分配和回收。书中详细介绍了位图（Bitmap）和空闲链表（Free List）这两种常用的空间管理方法，并且给了我们用C语言实现这些算法的指导。当我成功地模拟了一个文件的创建、删除，并且看到内存中的位图或者链表随之更新时，那种成就感是难以言喻的。我感觉自己仿佛真的在操作一个底层的文件系统。另一个让我受益匪浅的实验是关于文件的目录结构。书中引导我们实现一个简单的多级目录结构，学习如何进行文件的查找、创建、删除以及目录的遍历。这个过程让我深刻理解了文件系统中路径的含义，以及目录结构是如何组织和索引文件的。最让我惊喜的是，书中还涉及到了文件系统的性能优化，比如通过预读（Prefetching）和写回（Write-back）策略来提高I/O效率。虽然这些实验的实现需要一定的耐心和细致，但最终的收获绝对是巨大的，让我不再觉得文件系统是一个黑箱。

这本书关于进程和线程的区别与联系的实验，给我一种“拨云见日”的感觉。之前在学习过程中，我总是觉得进程和线程是相似的概念，都是并发执行的基本单元。但通过这本书的实验，我才真正体会到它们之间微妙而关键的区别。最让我印象深刻的是，书中通过对比进程创建（fork()）和线程创建（pthread_create()）的开销，来展示它们之间的不同。我注意到，创建子进程需要复制父进程的大部分资源，包括内存空间，而创建线程则是在同一个进程地址空间内进行，开销相对较小。这个实验让我理解了，为什么在需要频繁创建并发执行单元的场景下，线程通常是更好的选择。此外，书中还设计了一个实验，让我们模拟一个简单的多进程程序，然后又将其改写成多线程程序。通过比较这两个程序的运行结果和资源占用情况，我直观地看到了多进程和多线程在数据共享、通信方式以及资源隔离方面的差异。例如，多进程之间的数据共享需要通过IPC机制，而同一进程内的线程可以直接访问共享变量。这种对比实验，让我对它们的优缺点有了更清晰的认识。书中还提供了一些关于进程间通信（IPC）和线程间同步的实验，进一步加深了我对它们各自优势和适用场景的理解。

我尤其赞赏书中关于线程同步的章节。在理解并发编程的世界里，线程同步绝对是一个绕不开的难点。这本书的处理方式非常巧妙，它并没有一开始就抛出复杂的同步机制，而是循序渐进地引入。首先，通过一些非常贴近实际的例子，比如多个人同时访问共享资源（比如一个计数器），生动地展示了如果没有同步机制会发生什么——数据混乱、结果不一致。这种“痛点”的引入，一下子就抓住了读者的注意力，让我们深刻体会到同步的必要性。然后，书中才开始介绍互斥锁（Mutex）和信号量（Semaphore）等基本概念。我特别喜欢的是，书中对每个概念的解释都配有详细的伪代码和流程图，这些图示非常直观，帮助我理解了锁是如何工作的，信号量的值如何变化，以及它们在避免竞态条件中的作用。更重要的是，书中提供了几个非常典型的多线程同步实验，比如生产者-消费者问题、读者-写者问题。对于这些经典的并发问题，书中不仅提供了解决方案，还详细分析了不同同步机制在解决这些问题时的优劣。我反复阅读了几遍关于生产者-消费者问题的实验，通过书中提供的代码模板，自己动手实现，然后观察程序的运行结果，对比不同同步策略下的性能差异，这让我对线程同步有了非常深刻的理解。书中还提到了死锁的概念，并给出了一些避免死锁的策略，虽然这部分内容相对抽象，但通过书中给出的例子，我还是能够掌握其核心思想。