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操作系统实践报告

操作系统是计算机的核心组件之一，负责管理计算机硬件和软

件资源，提供各种服务，保证计算机系统的可靠性、安全性、高

效性。在操作系统课程中，学生需要通过实践来深入理解操作系

统的原理和技术，并掌握实现和调试操作系统的方法和技能。本

文就是对我所参与的操作系统实践经验的总结和分享。

实验环境

在此次实验中，我们使用的是x86架构的PC机和Ubuntu20.04

操作系统，实验工具主要包括Bochs模拟器、Nasm汇编器、GDB

调试器、GNUC编译器和binutils工具等。在准备实验环境时，我

们需要安装和配置这些工具，并准备好实验所需的软件和文档。

实验内容

实验中我们主要分为三个部分：实现汇编语言的操作系统内核、

支持C语言编程的操作系统内核和实现多任务操作系统。每个部

分都包含了多个任务和项目，需要仔细阅读实验指导书和辅导材

料，并根据实验要求逐步实现各项功能。以下是每个部分的简单

介绍。

实现汇编语言的操作系统内核

在这个部分，我们使用汇编语言编写操作系统内核，并在

Bochs模拟器上进行测试和调试。实验难度较大，需要掌握汇编语

言的基本语法和指令、了解中断和内存管理等操作系统基本概念

和实现方法。实现过程中，我们需要完成以下任务：

编写启动程序引导加载操作系统内核代码；

实现基本的系统调用和中断处理程序；

支持基本的输入输出和文件系统操作。

最终实现的操作系统内核具有简单的命令行界面，可以运行一

些基本的命令，如显示日期、时间和帮助信息等。

支持C语言编程的操作系统内核

在这个部分，我们使用C语言编写操作系统内核，利用GNU

C编译器和binutils工具，将C代码编译成汇编代码和二进制文件，

并在Bochs模拟器上进行测试和调试。相对于汇编语言内核，C

语言内核的实现更加灵活和高效，但也需要掌握一些C语言和汇

编语言的交叉使用技巧。实现过程中，我们需要完成以下任务：

编写启动程序和链接脚本，将C代码和汇编代码正确地连接成

可执行的二进制文件；

实现基本的内存管理和任务调度功能，支持多个进程并发执行；

支持标准输入输出和文件系统操作。

最终实现的操作系统内核可以运行C语言编写的应用程序，如

显示矩阵、打印字符和游戏等。

实现多任务操作系统

在这个部分，我们继续使用C语言编写操作系统内核，但这次

需要实现多任务操作系统，即支持多个进程并发执行和互相通信。

这是操作系统设计的一个重要功能，也是实现细节和挑战都很多

的一部分。实现过程中，我们需要完成以下任务：

实现内存管理机制，包括内存池和内存分配函数；

实现任务控制块和进程调度算法，支持多个进程并发执行和切

换；

实现进程通信和同步机制，包括信号量、消息队列和共享内存

等；

支持用户态和内核态的切换和中断处理程序。

最终实现的多任务操作系统可以运行多个任务，并实现任务之

间的通信和同步，包括生产者和消费者、读者和写者等同步问题。

实验收获

通过这次操作系统实践，我深刻理解了操作系统的设计和实现

原理，掌握了多种工具和技术，包括汇编语言编程、C语言编程、

操作系统调试和优化等。同时，我也获得了以下收获：

锻炼了编程能力和解决问题的能力，学会了如何根据实验要求

和指导书自主完成实验项目；

提高了团队协作和互助的精神，充分利用实验班群和实验课辅

导老师的资源和支持；

深刻认识到实践对理论的巩固和扩展的重要性，从而更好地适

应和应对未来的学习和工作挑战。

总结

操作系统实践是计算机专业中非常重要和有意义的一部分，是

培养学生计算机系统知识和应用技能的必备环节。在这个过程中，

我们不仅需要掌握相关的理论知识和概念，还需要通过实践来理

解和应用这些知识和技能。因此，我们要合理安排学习时间和步

骤，认真阅读指导书和资料，尽可能多地实践和测试，以便在实

践中更好地学习和掌握操作系统的设计和实现方法，为未来的学

习和工作打下坚实的基础。