【操作系统实验报告撰写】：广东工业大学实验心得与技巧


参考资源链接：[广东工业大学 操作系统四个实验（报告+代码）](https://wenku.csdn.net/doc/6412b6b0be7fbd1778d47a07?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 操作系统实验的背景与意义

在信息技术快速发展的今天，操作系统作为计算机系统的核心，其重要性不言而喻。操作系统实验不仅加深了对理论知识的理解，而且通过实际操作，能够培养解决复杂问题的能力。本章节将探讨操作系统实验的背景意义，以及它在IT行业中的实际应用和学习中的重要性。

操作系统实验的背景可以追溯到计算机科学的发展历程，从最初的单任务系统到现代的多任务、多用户操作系统，其复杂性和功能性都有了极大的提高。操作系统实验允许学生和专业人士在受控环境中测试和开发操作系统，这对于理解底层硬件和软件是如何协同工作的至关重要。

在实际应用中，操作系统实验可以帮助IT专业人员掌握如何优化系统性能、如何处理多线程并发问题，以及如何在资源有限的环境下有效调度任务。而这些技能对于任何涉及软件开发或系统维护的专业人士来说，都是至关重要的。

此外，实验过程中所培养的创新思维和问题解决能力，对于快速适应新技术变革和解决实际工作中的挑战都具有长远的影响。因此，操作系统实验不仅对计算机科学的学习和研究具有深远的意义，也是未来技术发展的基石。

# 2. 操作系统基础实验的理解与分析

## 2.1 操作系统基本概念的理解

### 2.1.1 操作系统的定义和功能

操作系统（Operating System，OS）是计算机系统的核心软件，负责管理硬件资源和提供软件运行环境。具体来说，操作系统通过以下功能来实现其作用：

1. **进程管理**：操作系统管理着计算机中的所有进程，负责进程的创建、终止、调度以及通信等。
2. **内存管理**：负责内存的分配、回收，以及内存的保护和共享。
3. **文件系统管理**：提供文件存储、检索、共享和保护等服务。
4. **设备管理**：操作系统负责管理输入/输出设备，并提供设备的抽象，以便用户程序使用。
5. **用户接口**：提供用户操作硬件和软件的接口，可以是命令行或图形界面。

### 2.1.2 操作系统的分类和特点

操作系统可以根据不同的标准进行分类。按照用途可分为：

- **通用操作系统**：如Windows、Linux、macOS，适用于多种硬件环境和不同用户的需求。
- **实时操作系统**：用于对实时性要求极高的应用，如嵌入式系统、工业控制系统。
- **分时操作系统**：允许多个用户通过终端共享计算机资源的系统。
- **网络操作系统**：专为网络环境设计，支持网络通信和资源共享。

按照用户界面可分为：

- **图形用户界面（GUI）**：提供直观的图形界面，用户通过鼠标和键盘操作。
- **命令行界面（CLI）**：使用命令来控制计算机，效率高，对专业用户更为友好。

操作系统的特点包括：

- **并发**：操作系统支持多个程序或进程同时运行。
- **共享**：允许多个程序共享系统资源，例如CPU、内存等。
- **虚拟化**：操作系统通过各种技术使得硬件资源对用户程序表现为虚拟的资源，提供更加方便、灵活的使用方式。
- **异步性**：进程的执行由操作系统调度，进程的执行速度和顺序是不确定的。

## 2.2 进程管理实验的深入解析

### 2.2.1 进程的概念和状态转换

进程是操作系统中一个正在执行的程序的实例，是系统进行资源分配和调度的基本单位。进程由程序代码、相关的数据结构和进程控制块组成。

进程的典型状态包括：

- **新建（New）**：进程正在被创建。
- **就绪（Ready）**：进程已分配到必要的资源，等待系统调度。
- **运行（Running）**：进程获得CPU，其程序正在执行。
- **阻塞（Blocked）/等待（Waiting）**：进程等待某个事件发生，如输入/输出完成。
- **终止（Terminated）**：进程执行完毕或出现错误。

进程状态转换如下图所示：

graph LR
    A(New) --> B(Ready)
    B -->|调度| C(Running)
    C -->|时间片耗尽/阻塞事件发生| B
    C -->|阻塞事件完成| D(Terminated)
    D -->|正常退出| B

### 2.2.2 进程调度算法的实验与比较

进程调度是操作系统管理进程执行顺序的机制。常见的进程调度算法有：

- **先来先服务（FCFS）**：按照进程到达的顺序进行调度。
- **短作业优先（SJF）**：选择执行时间最短的进程进行调度。
- **时间片轮转（RR）**：给每个进程分配一个时间片，轮流执行。
- **优先级调度**：根据进程的优先级来调度进程。

在进行实验操作时，可以通过模拟或实际编程来实现上述调度算法，并比较它们的性能。例如，通过平均等待时间和平均周转时间来评价不同调度算法的效率。

## 2.3 存储管理实验的实践与思考

### 2.3.1 分页和分段管理机制的实验操作

分页和分段是两种常见的内存管理技术：

- **分页**：将物理内存划分为固定大小的块，称为“页”，逻辑内存也被划分为同样大小的页，程序通过页表将逻辑地址映射到物理地址。
- **分段**：将程序的地址空间划分为若干段，每段有其特定的属性和长度，如代码段、数据段。

在实验中，可以编写程序模拟分页和分段机制，通过设置不同的页大小和段大小，观察地址转换的效率和内存使用情况。

### 2.3.2 虚拟存储技术的实验探索

虚拟存储技术允许程序使用比物理内存更大的地址空间，通过将暂时不用的内存块调入/调出磁盘实现。实验中可以通过实现页面置换算法来探索虚拟存储技术。

常见的页面置换算法包括：

- **最佳置换（OPT）**：置换未来最长时间内不会被访问的页。
- **最近最少使用（LRU）**：置换