黑龍江大學(xué)操作系統(tǒng)讀書工程

1、 操作系統(tǒng)課程設(shè)計讀書工程報告 學(xué)期 20012-2023學(xué)年第一學(xué)期 學(xué)院 計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 學(xué)號 20230990 姓名 張寧 2023年 12月 24日根本理論闡述 1.文件、目錄和數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項：在文件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)項是最低級的數(shù)據(jù)組織形式，可把它分為兩種類型，即根本數(shù)據(jù)項和組合數(shù)據(jù)項。記錄：記錄是一組相關(guān)數(shù)據(jù)項的集合，用于描述一個對象在某方面的屬性。一個記錄應(yīng)包含哪些數(shù)據(jù)項，取決于需要描述對象的哪個方面。文件：文件是指由創(chuàng)立者所定義的、具有文件名的一組相關(guān)元素的集合，可分為有結(jié)構(gòu)文件和無結(jié)構(gòu)文件兩種。文件應(yīng)具有自己的屬性，屬性可以包括文件類型，文件長度，文件的物理位置和文件的建立時間。

2、 2.文件類型和文件系統(tǒng)模型文件類型：為了便于管理和控制文件分成假設(shè)干種類型。按用途分類分為系統(tǒng)文件、用戶文件和庫文件。按文件中數(shù)據(jù)的形式分類分為源文件、目標(biāo)文件和可執(zhí)行文件。按存取控制屬性分類分為只執(zhí)行文件、只讀文件和讀寫文件。按組織形式和處理方式分類分為普通文件、目錄文件和特殊文件。文件系統(tǒng)模型：可分為三層，其最底層是對象及其屬性；中間層是對對象進(jìn)行操縱和管理的軟件集合；最高層是文件系統(tǒng)提供應(yīng)用戶的接口。3.根本的文件操作創(chuàng)立文件：在創(chuàng)立一個新文件時，系統(tǒng)首先要為新文件分配必要的外存空間，并在文件系統(tǒng)的目錄中，為之建立一個目錄項。目錄項中應(yīng)記錄文件的文件名及其在外存的地址等屬性。刪除文件：

3、當(dāng)已不再需要某文件時，可將它從文件系統(tǒng)中刪除。在刪除時，系統(tǒng)應(yīng)先從目錄中找到要刪除文件的目錄項，是指成為空項，然后回收該文件所占用的存儲空間。讀文件：在讀一個文件時，須在相應(yīng)系統(tǒng)調(diào)用中給出該文件名和應(yīng)讀入的內(nèi)存目標(biāo)地址。此外，系統(tǒng)同樣要查找目錄，找到指定的目錄項，從中得到被讀文件在外存中的位置。在目錄項中，還有一個指針用于對文件的讀/寫。寫文件：在寫一個文件時，須在相應(yīng)系統(tǒng)調(diào)用中給出該文件在內(nèi)存中的源地址。應(yīng)先查找目標(biāo)，找到指定文件的目錄項，再利用目錄中的寫指針進(jìn)行寫操作。截斷文件：將原有文件的長度設(shè)置為0，或者說是放棄原有的文件內(nèi)容。設(shè)置文件的讀/寫位置：用于設(shè)置文件讀/寫指針的位置，以便每

4、次讀/寫文件時，不是從其始端而是從所設(shè)置的位置開始操作。文件的“翻開和“關(guān)閉操作為了防止屢次重復(fù)的檢索目錄，在大多數(shù)OS中都引入了“翻開這一文件系統(tǒng)調(diào)用，當(dāng)用戶第一次請求對某文件進(jìn)行操作時，先利用open系統(tǒng)調(diào)用該文件翻開。所謂的“翻開，是指系統(tǒng)將指名文件的屬性從外存拷貝到內(nèi)存翻開文件表的一個表目中，并將該表目的編號返回給用戶。以后，當(dāng)用戶在要求對該文件進(jìn)行相應(yīng)的操作時，便可利用系統(tǒng)所返回的索引號向系統(tǒng)提出操作請求。系統(tǒng)這時便可直接利用該索引號到翻開文件表中去查找，從而防止了對該文件的再次檢索。這樣不僅節(jié)省了大量的檢索開銷，也顯著提高了文件操作速度。當(dāng)用戶不再需要對該文件實施相應(yīng)的操作時，可利

5、用“關(guān)閉系統(tǒng)調(diào)用來關(guān)閉此文件，OS將會把該文件從翻開文件表中刪除掉。5.目錄管理目錄管理的要求：實現(xiàn)“按名存取，提高文件檢索速度，允許不同子目錄下的文件重名，允許文件共享。文件控制塊FCB：為了能使一個文件進(jìn)行正確存儲，為文件設(shè)置的用于描述和控制文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。包含根本信息、存取控制信息及使用信息三類。目錄結(jié)構(gòu)：目錄結(jié)構(gòu)的組織，關(guān)系到文件系統(tǒng)的存取速度，也關(guān)系到文件的共享性和平安性。目前常用的目錄結(jié)構(gòu)形式有單級目錄、兩級目錄和多級目錄。文件的結(jié)構(gòu)任何一個文件都存在邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)兩種形式的結(jié)構(gòu)。文件的邏輯結(jié)構(gòu)：這是從用戶觀點出發(fā)所觀察到的文件組織形式，是用戶可以直接處理的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)，他獨立

6、于文件的物理特征，又稱為文件組織。分為有結(jié)構(gòu)文件即記錄式文件和無結(jié)構(gòu)文件即流式文件。文件的物理結(jié)構(gòu)：又稱為文件的存儲結(jié)構(gòu)，是指文件在外存上的存儲組織形式，這不僅與存儲介質(zhì)的存儲性能有關(guān)，而且與所采用的外存分配方式有關(guān)。無論是文件的邏輯結(jié)構(gòu)，還是其物理結(jié)構(gòu)，都會影響對文件的檢索速度。7.文件存儲空間的管理空閑區(qū)表法：屬于連續(xù)分配方式，與內(nèi)存的分配方式雷同，它為每個文件分配一塊連續(xù)的存儲空間，即系統(tǒng)也為外存上的所有空閑區(qū)建立一張空閑表，每個空閑區(qū)對應(yīng)于一個空閑表項。再將所有空閑區(qū)按其起始盤塊號遞增的次序排列?？臻e鏈表法：將所有空閑盤區(qū)拉成一條空閑鏈。根據(jù)構(gòu)成連所用根本元素的不同，可把鏈表分成兩類：

7、空閑表塊鏈和空閑盤區(qū)鏈。位示圖法：利用二進(jìn)制的一位來表示磁盤中一個盤塊的使用情況。為“0時，表示對應(yīng)的盤塊空閑；為“1時，表示已分配。成組鏈接法：將空閑區(qū)表法和空閑鏈表法相結(jié)合而形成的一種空閑盤塊管理方法，兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)點而克服了兩種方法均有的表太長的缺點。當(dāng)前理論及實踐應(yīng)用現(xiàn)狀在現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)中，要用到大量的程序和數(shù)據(jù)，因內(nèi)存容量有限，且不能長期保存，固而平時總是把它們以文件的形式存放在外存中，需要時再隨即將它們調(diào)入內(nèi)存，如果由用戶直接管理外存上的文件，不僅要求用戶熟悉外存特征，了解各種文件的屬性，以及它們在外存上的位置，而且在多用戶的環(huán)境下，還必須保持?jǐn)?shù)據(jù)的平安性和一致性。顯然，這是用戶所不

8、能勝任且也不愿承當(dāng)?shù)墓ぷ?。于是，取而代之的便是在操作系統(tǒng)中又增加了文件管理功能，即構(gòu)成了一個文件系統(tǒng)，負(fù)責(zé)管理在外存上的文件，并把對文件的存取、共享和保護(hù)等手段提供應(yīng)用戶。這不僅方便了用戶，保證了文件的平安性，還可有效地提高系統(tǒng)資源的利用率。因此，在現(xiàn)代OS中，幾乎毫無例外地是通過文件系統(tǒng)來組織和管理在計算機(jī)中所存儲的大量程序和數(shù)據(jù)的；或者說，文件的管理功能，是通過把它所管理的程序和數(shù)據(jù)組織成一系列文件的方法來實現(xiàn)的。而文件那么是指具有文件名的假設(shè)干相關(guān)元素的集合。元素通常是記錄，而記錄又是一組有意義的數(shù)據(jù)項的集合?？梢姡谖募到y(tǒng)的概念，可以把數(shù)據(jù)組成分為數(shù)據(jù)項、記錄和文件三級。對文件管理

9、局部的體會當(dāng)前計算機(jī)管理中，總是把程序和數(shù)據(jù)以文件的形式存儲在磁盤和磁帶上，供所有的或指定的用戶使用。為此，在操作系統(tǒng)中必須配置文件管理機(jī)構(gòu)。文件管理的主要任務(wù)是對用戶和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，以方便用戶使用，并保證文件的平安性。為此，文件管理具有對文件的管理、目錄管理、文件的讀寫管理，以及文件的共享與保護(hù)等功能。文件存儲空間的管理為了方便用戶的使用，對于一些當(dāng)前需要使用的系統(tǒng)文件和用戶文件，都必須放在可隨機(jī)存取的磁盤上。在所用戶的環(huán)境下，假設(shè)由用戶自己對文件的存儲進(jìn)行管理，會非常難且低效。因而，需要由文件系統(tǒng)對組多文件及文件的存儲空間實現(xiàn)統(tǒng)一的管理。其主要任務(wù)是為每一個文件分配必要的外存空間，提高

10、外存的利用率，并能有效地提高文件系統(tǒng)的存、取速度。為此，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄文件存儲空間的使用情況，以供分配存儲空間時參考：系統(tǒng)還應(yīng)具有對存儲空間進(jìn)行分配和回收的功能。為了提高存儲空間的利用率，對存儲空間的分配，通常采用離散分配方式的，以減少外存零頭，并以磁盤塊為根本的分配單位。目錄管理為了使用戶方便地在外存上找到自己的所需的文件，通常由系統(tǒng)為每個文件建立了一個目錄項。目錄項包括文件名、文件屬性、文件在磁盤上的物理位置等。有假設(shè)干個目錄項又可以構(gòu)成一個目錄文件。目錄管理的主要任務(wù)是為每一個文件建立目錄項，并對眾多的目錄項加以有效的組織，以實現(xiàn)方便的目錄存取。其次，目錄管理還應(yīng)能實

11、現(xiàn)文件共享。此外，還應(yīng)能提供快速的目錄查詢手段，以提高文件的檢索速度。文件的讀/寫管理文件的讀/寫管理功能是根據(jù)用戶的請求，從外存中讀取數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入外存。在進(jìn)行文件讀寫時，系統(tǒng)先根據(jù)用戶給出的文件名去檢索文件目錄，從中取得文件在外存中的位置。然后，利用文件讀寫指針，對文件進(jìn)行讀寫操作。一旦讀寫完成，邊修改讀寫指針，為下一次讀寫做好準(zhǔn)備。由于讀和寫操作不會同時進(jìn)行，固可合用讀/寫指針。文件保護(hù)文件保護(hù)是為了防止系統(tǒng)中的文件被非法竊取和破壞，在文件系統(tǒng)中必須提供有效地存取控制功能，可實現(xiàn)防止未經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)的用戶存取文件，冒名頂替存取文件，以不確定的方式使用文件的目的。課程設(shè)計過程中對文件管理的設(shè)計

12、與實現(xiàn)思路建立結(jié)構(gòu)體FCB，創(chuàng)立FCB類型的對象node來存儲目錄及文件的名稱、創(chuàng)立時間、雙親、占用的內(nèi)存塊數(shù)及類型。創(chuàng)立整型對象n和nownow分別代表當(dāng)前目錄和文件的總個數(shù)及當(dāng)前所在文件或目錄的下標(biāo)。并分別定義了如下九個函數(shù)：1.利用memory()函數(shù)生成隨機(jī)的8*8的位示圖，來模擬當(dāng)前的外存空間，利用二進(jìn)制的一位來表示磁盤中一個盤塊的使用情況。為“0時，表示對應(yīng)的盤塊空閑；為“1時，表示已分配。2.利用waicun()函數(shù)輸出當(dāng)前的磁盤中盤塊的使用情況，“0代表盤塊空閑，“1代表盤塊已分配。3.利用cd(char j20)函數(shù)來進(jìn)入指定的目錄或文件，例如：cd j1 即進(jìn)入j1目錄。4

13、.利用see(int now)函數(shù)來輸出當(dāng)前所在的位置，例如：現(xiàn)在在C盤下的j1目錄下的j2目錄下，那么顯示C:j1j2。5.利用md(int now,char j20)函數(shù)來實現(xiàn)創(chuàng)立新目錄的功能，對新目錄按操作進(jìn)行初始化加到node數(shù)組中，同時n加1。6.利用dir(int now)函數(shù)來實現(xiàn)顯示當(dāng)前所在的目錄或文件的相關(guān)信息，首先顯示“.代表其自身，其次顯示“.代表其雙親結(jié)點；其次，顯示該目錄下包含的目錄和文件；最后顯示該目錄或文件下有幾個文件及其占用的字節(jié)數(shù)和該文件中有幾個目錄及其可用字節(jié)。7.利用rd(int now,char j20)函數(shù)來實現(xiàn)刪除一個目錄的功能，對待刪除的目錄進(jìn)行刪

14、除操作，同時n減1。8.利用mk(int now,char j20,int f_mem)函數(shù)來創(chuàng)立一個文件，首先利用waicun()函數(shù)輸出當(dāng)前的磁盤中盤塊的使用情況，然后對要創(chuàng)立的文件進(jìn)行初始化操作，再次利用waicun()函數(shù)輸出當(dāng)前的磁盤中盤塊的使用情況。同時n加1。9.利用del(int now,char j20)函數(shù)來刪除一個文件，首先利用waicun()函數(shù)輸出當(dāng)前的磁盤中盤塊的使用情況，然后對要刪除的文件進(jìn)行刪除操作，再次利用waicun()函數(shù)輸出當(dāng)前的磁盤中盤塊的使用情況。同時n減1。讀書工程心得總結(jié)通過一學(xué)期時間的不斷學(xué)習(xí)，我認(rèn)識到操作系統(tǒng)是最重要的計算機(jī)系統(tǒng)軟件，同時也是

15、最活潑的學(xué)科之一，其開展極為迅速。優(yōu)秀的操作系統(tǒng)對計算機(jī)技術(shù)的開展和普及起著重要的作用。讓我深刻的認(rèn)識到操作系統(tǒng)作為計算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)與軟件工程專業(yè)的必修課程，也是該專業(yè)核心理論課程的重要性。同時，在根底知識的根底上我模擬了操作系統(tǒng)的實現(xiàn)。該操作系統(tǒng)包括進(jìn)程控制、進(jìn)程調(diào)度、請求分頁存儲管理、設(shè)備管理、文件管理五局部。其中的進(jìn)程管理主要包括進(jìn)程調(diào)度，進(jìn)程的創(chuàng)立和撤銷、進(jìn)程的阻塞和喚醒；進(jìn)程管理主要包括先來先效勞FCFS、短作業(yè)優(yōu)先SJF以及時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法；存儲管理局部主要實現(xiàn)內(nèi)存空間的分配和回收；設(shè)備管理主要包括設(shè)備的分配和回收及設(shè)備獨立性；文件管理局部實現(xiàn)的主要是利用交互式命令實現(xiàn)樹型目錄

16、結(jié)構(gòu)和文件管理,同時利用位示圖表示外存的分配情況，新建文件時分配必要的空間。在完成讀書工程期間，我對課程設(shè)計的五個局部進(jìn)程控制、進(jìn)程調(diào)度、請求分頁存儲管理、設(shè)備管理、文件管理中的文件管理局部進(jìn)行了深入的分析探討和總結(jié)。對文件管理局部從根本理論闡述、當(dāng)前理論及實踐應(yīng)用現(xiàn)狀、本人對其體會、課程設(shè)計過程中對其設(shè)計與實現(xiàn)思路幾方面進(jìn)行了闡述和剖析。同時，通過這一段時間的不斷編寫程序和改良程序的過程，我也更加深刻的認(rèn)識到課程設(shè)計并不僅僅是對理論知識有了根本掌握之后就可以完成的。在編程過程中還要融入自己的思想，針對程序進(jìn)行不斷的思考和反復(fù)的改良。同時更要有不懂就問的精神，因為有時一個人在過多的沉浸在做一件事情時，容易局限在自己的思維中，容易鉆牛角尖。這時可能思索的方向已經(jīng)有了問題，再拼命思索也無濟(jì)于事。只有積極的向他人請教，傾聽他人的觀點，才對解決問題有更大的幫助。同時，大家互相討論也可讓自己產(chǎn)生一些靈感，對編程很有幫助。通過這次課程設(shè)計及進(jìn)一步完成這次讀書工程，使我能更深刻地領(lǐng)會到操作系統(tǒng)工作原理和操作系統(tǒng)實現(xiàn)方法，并提高了程序設(shè)計能力和動手能力，使我在具備了初步的獨立