現(xiàn)代操作系統(tǒng)課件

現(xiàn)代操作系統(tǒng)課件操作系統(tǒng)概述進程管理內存管理文件系統(tǒng)設備管理安全與并發(fā)控制目錄CONTENT操作系統(tǒng)概述01總結詞操作系統(tǒng)的定義和功能詳細描述操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件，負責管理和控制計算機硬件和軟件資源，提供用戶與計算機交互的界面，實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的有效運行。操作系統(tǒng)的功能包括資源管理、系統(tǒng)控制、人機交互等。操作系統(tǒng)的定義和功能操作系統(tǒng)的分類總結詞根據(jù)不同的分類標準，操作系統(tǒng)可以分為多種類型。根據(jù)使用環(huán)境，可以分為桌面操作系統(tǒng)、服務器操作系統(tǒng)、移動操作系統(tǒng)等；根據(jù)授權方式，可以分為開源操作系統(tǒng)和閉源操作系統(tǒng)；根據(jù)訪問模式，可以分為單用戶操作系統(tǒng)和多用戶操作系統(tǒng)。詳細描述操作系統(tǒng)的分類總結詞操作系統(tǒng)的基本結構詳細描述操作系統(tǒng)的基本結構包括內核、系統(tǒng)進程、設備驅動、文件系統(tǒng)等。內核是操作系統(tǒng)的核心，負責管理硬件和軟件資源，實現(xiàn)系統(tǒng)進程的調度和控制；系統(tǒng)進程是操作系統(tǒng)運行的基本單位，負責執(zhí)行應用程序或系統(tǒng)服務；設備驅動是操作系統(tǒng)與硬件設備之間的接口，實現(xiàn)硬件設備的控制和數(shù)據(jù)傳輸；文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于存儲和管理文件的數(shù)據(jù)結構，提供文件存儲、訪問、更新等功能。操作系統(tǒng)的基本結構進程管理02總結詞進程是程序的一次執(zhí)行，具有動態(tài)性、并發(fā)性、獨立性和制約性。詳細描述進程是程序在某個數(shù)據(jù)集合上的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進行資源分配和調度的基本單位。進程的狀態(tài)包括新建、就緒、運行和阻塞等，這些狀態(tài)的變化反映了進程在執(zhí)行過程中的不同階段。進程的概念和狀態(tài)VS進程的創(chuàng)建和終止是操作系統(tǒng)對進程進行管理的兩種基本操作。詳細描述進程的創(chuàng)建通過調用系統(tǒng)調用或創(chuàng)建函數(shù)實現(xiàn)，需要為新進程分配資源，并初始化其狀態(tài)信息。進程的終止則通過系統(tǒng)調用或異常事件實現(xiàn)，操作系統(tǒng)回收進程所占用的資源，并更新相關狀態(tài)信息?？偨Y詞進程的創(chuàng)建和終止進程的同步與通信總結詞進程同步與通信是實現(xiàn)并發(fā)進程間協(xié)作和信息交換的重要手段。詳細描述進程同步是解決并發(fā)進程間的協(xié)同工作問題，通過信號量、條件變量等機制實現(xiàn)。進程通信是實現(xiàn)并發(fā)進程間的信息交換，通過消息傳遞、共享內存等方式實現(xiàn)。進程調度與切換是操作系統(tǒng)根據(jù)一定的調度算法選擇進程執(zhí)行和保存當前進程狀態(tài)的過程。進程調度根據(jù)一定的調度算法（如先來先服務、最短作業(yè)優(yōu)先等）選擇下一個要執(zhí)行的進程。當正在執(zhí)行的進程需要等待某個事件時，操作系統(tǒng)會保存當前進程的狀態(tài)信息，并選擇另一個就緒態(tài)的進程執(zhí)行，這個過程稱為進程切換?？偨Y詞詳細描述進程的調度與切換內存管理03內存的分類和結構根據(jù)用途，內存可以分為系統(tǒng)內存、用戶內存和緩存內存。系統(tǒng)內存用于存儲操作系統(tǒng)內核和相關數(shù)據(jù)，用戶內存用于存儲應用程序和用戶數(shù)據(jù)，緩存內存用于存儲經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)以提高訪問速度。分類現(xiàn)代操作系統(tǒng)的內存結構通常采用層次結構，包括物理內存、虛擬內存和緩存。物理內存是實際存在的內存空間，虛擬內存是邏輯上的內存空間，緩存是用于提高內存訪問速度的存儲器。結構分配操作系統(tǒng)通過內存分配算法將內存分配給進程或線程。常見的分配算法有首次適應、最佳適應和最壞適應等。這些算法在分配內存時會考慮進程的大小和內存的使用情況。回收當進程或線程釋放內存時，操作系統(tǒng)需要將這些內存回收以便重新分配?；厥账惴ò擞浨宄?、復制和標記整理等，這些算法在回收內存時會考慮內存碎片和效率問題。內存的分配和回收共享多個進程可以共享同一塊內存區(qū)域，從而實現(xiàn)進程間的通信和數(shù)據(jù)共享。共享內存允許多個進程訪問同一塊物理內存，但需要操作系統(tǒng)進行同步和互斥控制，以避免數(shù)據(jù)沖突和不一致。要點一要點二保護為了保護不同進程的內存空間不被相互干擾，操作系統(tǒng)提供了內存保護機制。通過頁表和段表等機制，操作系統(tǒng)可以將不同進程的內存空間隔離，確保每個進程只能訪問自己的內存空間。內存的共享和保護擴展隨著應用程序和數(shù)據(jù)量的增長，物理內存可能無法滿足需求。為了解決這個問題，操作系統(tǒng)提供了內存擴展技術，如交換空間和虛擬內存。交換空間是將部分硬盤空間作為虛擬內存使用，而虛擬內存則是將部分物理內存映射到硬盤上，從而擴展了可用內存空間。虛擬化虛擬化技術可以將物理硬件資源（如CPU、內存和存儲）抽象成虛擬資源，并提供給多個虛擬機使用。通過虛擬化技術，可以在一臺物理機上運行多個操作系統(tǒng)實例，每個實例都有自己的獨立內存空間和資源。內存的擴展和虛擬化文件系統(tǒng)04文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件和目錄的軟件架構，它提供了一種組織、存儲和檢索數(shù)據(jù)的方式。文件系統(tǒng)具有存儲、檢索和管理文件的功能，同時還負責文件的訪問控制和保護，以確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。文件系統(tǒng)的概念和功能文件系統(tǒng)功能文件系統(tǒng)概念文件系統(tǒng)采用樹形結構對文件進行組織，根目錄下可以創(chuàng)建多個子目錄，子目錄中又可以包含文件和子目錄，以此類推。文件組織方式文件系統(tǒng)中的文件命名應遵循一定的規(guī)則，如不能使用特殊字符、不能超過一定長度等，以確保文件的唯一性和可讀性。文件命名規(guī)則文件的組織和結構文件系統(tǒng)通過設置不同的訪問權限來控制用戶對文件的訪問，如只讀、寫入、執(zhí)行等，以防止未經(jīng)授權的訪問和修改。文件訪問權限文件系統(tǒng)采用多種保護機制來確保文件的安全，如加密、備份、恢復等，以防止數(shù)據(jù)丟失和被篡改。文件保護機制文件的訪問和保護索引結構為了提高文件檢索速度，文件系統(tǒng)可以采用索引結構來組織文件，如B樹、B+樹等，以加快文件的查找速度。緩存技術文件系統(tǒng)可以采用緩存技術來提高文件的讀寫速度，通過將常用的數(shù)據(jù)塊緩存在內存中，減少磁盤I/O操作次數(shù)，提高系統(tǒng)的整體性能。文件系統(tǒng)的性能優(yōu)化設備管理05設備驅動程序是操作系統(tǒng)內核的一部分，用于直接管理和控制硬件設備。功能提供設備獨立性、設備共享、設備控制和設備保護等。設備獨立性使得應用程序能夠獨立于具體的硬件設備進行開發(fā)，提高了軟件的可移植性和可維護性。設備共享允許多個進程同時訪問同一設備，實現(xiàn)設備的共享使用。設備控制提供對設備的控制功能，如設備的啟動、停止、復位等。設備保護確保設備不被非法訪問或誤操作，保護設備和數(shù)據(jù)的安全。設備驅動程序的概念和功能根據(jù)設備的性質和功能，可以將設備分為字符設備和塊設備兩類。分類以字符為單位進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O備，如終端、打印機等。字符設備以數(shù)據(jù)塊為單位進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O備，如硬盤、光盤等。塊設備操作系統(tǒng)提供統(tǒng)一的設備接口，使得應用程序能夠以統(tǒng)一的方式訪問不同類型的設備。接口設備的分類和接口ABCD設備的分配和回收分配當進程需要使用設備時，操作系統(tǒng)會根據(jù)一定的策略和算法，將設備分配給進程使用。分配策略常見的分配策略有獨占分配、共享分配和虛擬分配等。回收當進程不再需要使用設備時，操作系統(tǒng)會回收該設備，以便其他進程使用。回收策略常見的回收策略有立即回收、延遲回收和假回收等。共享允許多個進程同時訪問同一設備，實現(xiàn)設備的共享使用。保護確保設備不被非法訪問或誤操作，保護設備和數(shù)據(jù)的安全。設備的共享和保護安全與并發(fā)控制06安全是指操作系統(tǒng)能夠保護系統(tǒng)資源免受非法訪問和破壞的能力。安全的概念常見的安全威脅包括病毒、木馬、黑客攻擊、拒絕服務攻擊等，這些威脅可能導致數(shù)據(jù)泄露、系統(tǒng)崩潰或被非法控制。安全威脅安全的概念和威脅VS為了應對安全威脅，操作系統(tǒng)提供了多種安全機制，如訪問控制、加密、數(shù)字簽名等。安全策略安全策略是根據(jù)系統(tǒng)的安全需求和安全威脅制定的，包括用戶身份認證、權限管理等。安全機制安全機制和策略并發(fā)控制的概念和策略并發(fā)控制的概念并發(fā)控制是指在多道程序環(huán)境下，操作系統(tǒng)對多個程序進行協(xié)調和控制，以保證它們在執(zhí)行過程中不會發(fā)生沖突或死鎖。并發(fā)控制的策略常見的并發(fā)控制策略包括互斥、信號量、管程等，這些策略可以有效地解決并發(fā)執(zhí)行中的沖突和死鎖