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(jìn)程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理安全與并發(fā)控制目錄CONTENT操作系統(tǒng)概述01總結(jié)詞操作系統(tǒng)的定義和功能詳細(xì)描述操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，提供用戶(hù)與計(jì)算機(jī)交互的界面，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的有效運(yùn)行。操作系統(tǒng)的功能包括資源管理、系統(tǒng)控制、人機(jī)交互等。操作系統(tǒng)的定義和功能操作系統(tǒng)的分類(lèi)總結(jié)詞根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，操作系統(tǒng)可以分為多種類(lèi)型。根據(jù)使用環(huán)境，可以分為桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、移動(dòng)操作系統(tǒng)等；根據(jù)授權(quán)方式，可以分為開(kāi)源操作系統(tǒng)和閉源操作系統(tǒng)；根據(jù)訪問(wèn)模式，可以分為單用戶(hù)操作系統(tǒng)和多用戶(hù)操作系統(tǒng)。詳細(xì)描述操作系統(tǒng)的分類(lèi)總結(jié)詞操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)詳細(xì)描述操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括內(nèi)核、系統(tǒng)進(jìn)程、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)等。內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)管理硬件和軟件資源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)程的調(diào)度和控制；系統(tǒng)進(jìn)程是操作系統(tǒng)運(yùn)行的基本單位，負(fù)責(zé)執(zhí)行應(yīng)用程序或系統(tǒng)服務(wù)；設(shè)備驅(qū)動(dòng)是操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的接口，實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)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(chǔ)和管理文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供文件存儲(chǔ)、訪問(wèn)、更新等功能。操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)程管理02總結(jié)詞進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，具有動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、獨(dú)立性和制約性。詳細(xì)描述進(jìn)程是程序在某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次執(zhí)行過(guò)程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程的狀態(tài)包括新建、就緒、運(yùn)行和阻塞等，這些狀態(tài)的變化反映了進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中的不同階段。進(jìn)程的概念和狀態(tài)VS進(jìn)程的創(chuàng)建和終止是操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理的兩種基本操作。詳細(xì)描述進(jìn)程的創(chuàng)建通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用或創(chuàng)建函數(shù)實(shí)現(xiàn)，需要為新進(jìn)程分配資源，并初始化其狀態(tài)信息。進(jìn)程的終止則通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用或異常事件實(shí)現(xiàn)，操作系統(tǒng)回收進(jìn)程所占用的資源，并更新相關(guān)狀態(tài)信息?？偨Y(jié)詞進(jìn)程的創(chuàng)建和終止進(jìn)程的同步與通信總結(jié)詞進(jìn)程同步與通信是實(shí)現(xiàn)并發(fā)進(jìn)程間協(xié)作和信息交換的重要手段。詳細(xì)描述進(jìn)程同步是解決并發(fā)進(jìn)程間的協(xié)同工作問(wèn)題，通過(guò)信號(hào)量、條件變量等機(jī)制實(shí)現(xiàn)。進(jìn)程通信是實(shí)現(xiàn)并發(fā)進(jìn)程間的信息交換，通過(guò)消息傳遞、共享內(nèi)存等方式實(shí)現(xiàn)。進(jìn)程調(diào)度與切換是操作系統(tǒng)根據(jù)一定的調(diào)度算法選擇進(jìn)程執(zhí)行和保存當(dāng)前進(jìn)程狀態(tài)的過(guò)程。進(jìn)程調(diào)度根據(jù)一定的調(diào)度算法（如先來(lái)先服務(wù)、最短作業(yè)優(yōu)先等）選擇下一個(gè)要執(zhí)行的進(jìn)程。當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程需要等待某個(gè)事件時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)保存當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)信息，并選擇另一個(gè)就緒態(tài)的進(jìn)程執(zhí)行，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為進(jìn)程切換?？偨Y(jié)詞詳細(xì)描述進(jìn)程的調(diào)度與切換內(nèi)存管理03內(nèi)存的分類(lèi)和結(jié)構(gòu)根據(jù)用途，內(nèi)存可以分為系統(tǒng)內(nèi)存、用戶(hù)內(nèi)存和緩存內(nèi)存。系統(tǒng)內(nèi)存用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)內(nèi)核和相關(guān)數(shù)據(jù)，用戶(hù)內(nèi)存用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序和用戶(hù)數(shù)據(jù)，緩存內(nèi)存用于存儲(chǔ)經(jīng)常訪問(wèn)的數(shù)據(jù)以提高訪問(wèn)速度。分類(lèi)現(xiàn)代操作系統(tǒng)的內(nèi)存結(jié)構(gòu)通常采用層次結(jié)構(gòu)，包括物理內(nèi)存、虛擬內(nèi)存和緩存。物理內(nèi)存是實(shí)際存在的內(nèi)存空間，虛擬內(nèi)存是邏輯上的內(nèi)存空間，緩存是用于提高內(nèi)存訪問(wèn)速度的存儲(chǔ)器。結(jié)構(gòu)分配操作系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)存分配算法將內(nèi)存分配給進(jìn)程或線程。常見(jiàn)的分配算法有首次適應(yīng)、最佳適應(yīng)和最壞適應(yīng)等。這些算法在分配內(nèi)存時(shí)會(huì)考慮進(jìn)程的大小和內(nèi)存的使用情況?；厥债?dāng)進(jìn)程或線程釋放內(nèi)存時(shí)，操作系統(tǒng)需要將這些內(nèi)存回收以便重新分配?；厥账惴ò?biāo)記清除、復(fù)制和標(biāo)記整理等，這些算法在回收內(nèi)存時(shí)會(huì)考慮內(nèi)存碎片和效率問(wèn)題。內(nèi)存的分配和回收共享多個(gè)進(jìn)程可以共享同一塊內(nèi)存區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信和數(shù)據(jù)共享。共享內(nèi)存允許多個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)同一塊物理內(nèi)存，但需要操作系統(tǒng)進(jìn)行同步和互斥控制，以避免數(shù)據(jù)沖突和不一致。要點(diǎn)一要點(diǎn)二保護(hù)為了保護(hù)不同進(jìn)程的內(nèi)存空間不被相互干擾，操作系統(tǒng)提供了內(nèi)存保護(hù)機(jī)制。通過(guò)頁(yè)表和段表等機(jī)制，操作系統(tǒng)可以將不同進(jìn)程的內(nèi)存空間隔離，確保每個(gè)進(jìn)程只能訪問(wèn)自己的內(nèi)存空間。內(nèi)存的共享和保護(hù)擴(kuò)展隨著應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)，物理內(nèi)存可能無(wú)法滿足需求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，操作系統(tǒng)提供了內(nèi)存擴(kuò)展技術(shù)，如交換空間和虛擬內(nèi)存。交換空間是將部分硬盤(pán)空間作為虛擬內(nèi)存使用，而虛擬內(nèi)存則是將部分物理內(nèi)存映射到硬盤(pán)上，從而擴(kuò)展了可用內(nèi)存空間。虛擬化虛擬化技術(shù)可以將物理硬件資源（如CPU、內(nèi)存和存儲(chǔ)）抽象成虛擬資源，并提供給多個(gè)虛擬機(jī)使用。通過(guò)虛擬化技術(shù)，可以在一臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例，每個(gè)實(shí)例都有自己的獨(dú)立內(nèi)存空間和資源。內(nèi)存的擴(kuò)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(gòu)，它提供了一種組織、存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的方式。文件系統(tǒng)具有存儲(chǔ)、檢索和管理文件的功能，同時(shí)還負(fù)責(zé)文件的訪問(wèn)控制和保護(hù)，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(shù)形結(jié)構(gòu)對(duì)文件進(jìn)行組織，根目錄下可以創(chuàng)建多個(gè)子目錄，子目錄中又可以包含文件和子目錄，以此類(lèi)推。文件組織方式文件系統(tǒng)中的文件命名應(yīng)遵循一定的規(guī)則，如不能使用特殊字符、不能超過(guò)一定長(zhǎng)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(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置不同的訪問(wèn)權(quán)限來(lái)控制用戶(hù)對(duì)文件的訪問(wèn)，如只讀、寫(xiě)入、執(zhí)行等，以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)和修改。文件訪問(wèn)權(quán)限文件系統(tǒng)采用多種保護(hù)機(jī)制來(lái)確保文件的安全，如加密、備份、恢復(fù)等，以防止數(shù)據(jù)丟失和被篡改。文件保護(hù)機(jī)制文件的訪問(wèn)和保護(hù)索引結(jié)構(gòu)為了提高文件檢索速度，文件系統(tǒng)可以采用索引結(jié)構(gòu)來(lái)組織文件，如B樹(shù)、B+樹(shù)等，以加快文件的查找速度。緩存技術(shù)文件系統(tǒng)可以采用緩存技術(shù)來(lái)提高文件的讀寫(xiě)速度，通過(guò)將常用的數(shù)據(jù)塊緩存在內(nèi)存中，減少磁盤(pán)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(shè)備管理05設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分，用于直接管理和控制硬件設(shè)備。功能提供設(shè)備獨(dú)立性、設(shè)備共享、設(shè)備控制和設(shè)備保護(hù)等。設(shè)備獨(dú)立性使得應(yīng)用程序能夠獨(dú)立于具體的硬件設(shè)備進(jìn)行開(kāi)發(fā)，提高了軟件的可移植性和可維護(hù)性。設(shè)備共享允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)同一設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的共享使用。設(shè)備控制提供對(duì)設(shè)備的控制功能，如設(shè)備的啟動(dòng)、停止、復(fù)位等。設(shè)備保護(hù)確保設(shè)備不被非法訪問(wèn)或誤操作，保護(hù)設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的概念和功能根據(jù)設(shè)備的性質(zhì)和功能，可以將設(shè)備分為字符設(shè)備和塊設(shè)備兩類(lèi)。分類(lèi)以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，如終端、打印機(jī)等。字符設(shè)備以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，如硬盤(pán)、光盤(pán)等。塊設(shè)備操作系統(tǒng)提供統(tǒng)一的設(shè)備接口，使得應(yīng)用程序能夠以統(tǒng)一的方式訪問(wèn)不同類(lèi)型的設(shè)備。接口設(shè)備的分類(lèi)和接口ABCD設(shè)備的分配和回收分配當(dāng)進(jìn)程需要使用設(shè)備時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)一定的策略和算法，將設(shè)備分配給進(jìn)程使用。分配策略常見(jiàn)的分配策略有獨(dú)占分配、共享分配和虛擬分配等。回收當(dāng)進(jìn)程不再需要使用設(shè)備時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)回收該設(shè)備，以便其他進(jìn)程使用?；厥詹呗猿Ｒ?jiàn)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(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)同一設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的共享使用。保護(hù)確保設(shè)備不被非法訪問(wèn)或誤操作，保護(hù)設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全。設(shè)備的共享和保護(hù)安全與并發(fā)控制06安全是指操作系統(tǒng)能夠保護(hù)系統(tǒng)資源免受非法訪問(wèn)和破壞的能力。安全的概念常見(jiàn)的安全威脅包括病毒、木馬、黑客攻擊、拒絕服務(wù)攻擊等，這些威脅可能導(dǎo)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(yīng)對(duì)安全威脅，操作系統(tǒng)提供了多種安全機(jī)制，如訪問(wèn)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(hù)身份認(rèn)證、權(quán)限管理等。安全機(jī)制安全機(jī)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(duì)多個(gè)程序進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，以保證它們?cè)趫?zhí)行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生沖突或死鎖。并發(fā)控制的策略常見(jiàn)的并發(fā)控制策略包括互斥、信號(hào)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