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操作系统是计算机领域中最重要的软件之一,它不仅是计算机系统的管理者,同时还是用户和计算机硬件间沟通的桥梁,为使用者提供了方便、有效的操作平台,目前它已成为计算机领域里最为活跃的学科之一。研究操作系统对计算机科学发展和技术应用已产生重要影响。但由于操作系统功能复杂,规模庞大,致使研究学习操作系统原理知识困难重重,例如在学习操作系统的过程中,因其工作原理具有很多动态而抽象的概念和机制,传统的理论学习仅能获得空洞的知识,使得对操作系统的理解容易产生偏差并缺乏整体性。
近几年来,随着计算机技术的不断发展可视化技术也有了十足的进步,由于它可以极大地改善人们的认知能力,因而可以考虑在操作系统教学中采用可视化技术,以便直观动态地展示其工作机制和过程,会使学生和科研工作者对操作系统原理有更快捷、准确且全面的掌握。
可视化技术与操作系统教研相结合的范例已有不少,大多是使用仿真器模拟操作系统的工作过程并输出结果,这种方法没有真实的数据来源,缺乏真实性。以真实操作系统为基础的研究又多以Linux为主如LTT,而日常广泛使用的Windows由于其不开源,使人无法对其深入研究,而且也鲜有针对于Windows便捷的可视化研究工具。
目前,微软公司向科研机构和高等院校提供了真实操作系统的研究素材--WRK(Windows Research Kernel),这为操作系统教学带来一片曙光。本文以WRK为平台,深入源代码进行修改,重编译内核,提取出操作系统运行时内核的关键信息,并对其进行可视化处理,以图形图像的方式直观动态的展示Windows的运行过程。
本文就操作系统教研方法进行调研,分析了其可视化技术应用的现状、特点及不足,提出了对真实Windows运行可视化的设计方案及具体实现方法,所作主要工作有:
1.修改Windows内核源码,重新编译内核,采集指定时间段内内核运行的关键信息,并将采集的信息进行预处理,作为内核分析的原始数据。
2.主要以线程调度为例,利用可视化技术将采集的数据以图形图像的方式表现出来,直观动态的演示Windows内核的工作过程。
实验表明,本文所探讨的Windows运行过程的可视化方法,结果真实可信,可以帮助学生更直观、更全面的了解Windows内核的工作机制,对操作系统教学有积极影响,具有进一步研究和开发的意义。