第三章計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

第三章計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概述進(jìn)程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理用戶界面和交互性支持contents目錄01計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的軟件，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核與基石。操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、系統(tǒng)控制、人機(jī)交互等，以提供良好的運(yùn)行環(huán)境給用戶和應(yīng)用程序。定義與功能功能定義發(fā)展歷程從早期的批處理系統(tǒng)到多道程序系統(tǒng)，再到現(xiàn)代的微機(jī)操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)的形態(tài)和功能不斷演進(jìn)。分類根據(jù)運(yùn)行環(huán)境和使用場(chǎng)景，操作系統(tǒng)可分為桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、移動(dòng)操作系統(tǒng)等。發(fā)展歷程及分類操作系統(tǒng)與硬件緊密相關(guān)，負(fù)責(zé)管理和調(diào)度硬件資源，實(shí)現(xiàn)硬件的高效利用。硬件操作系統(tǒng)是軟件運(yùn)行的平臺(tái)，為應(yīng)用程序提供接口和服務(wù)，確保軟件能夠正常、高效地運(yùn)行。軟件操作系統(tǒng)與硬件/軟件關(guān)系02進(jìn)程管理進(jìn)程概念01進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。每個(gè)進(jìn)程都有獨(dú)立的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源，相互之間互不干擾。進(jìn)程狀態(tài)02進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷多種狀態(tài)，如運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)、等待態(tài)和終止態(tài)。這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是由操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理機(jī)制控制的。狀態(tài)轉(zhuǎn)換03進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換包括由等待態(tài)到就緒態(tài)、由就緒態(tài)到運(yùn)行態(tài)、由運(yùn)行態(tài)到等待態(tài)等。這些轉(zhuǎn)換取決于進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)、資源可用性和系統(tǒng)調(diào)度策略。進(jìn)程概念及狀態(tài)轉(zhuǎn)換最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）優(yōu)先調(diào)度預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)間最短的進(jìn)程，以充分利用系統(tǒng)資源，減少等待時(shí)間。多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度將進(jìn)程按照優(yōu)先級(jí)放入不同的隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列采用不同的調(diào)度算法，以提高系統(tǒng)吞吐量和響應(yīng)時(shí)間。優(yōu)先級(jí)調(diào)度根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程優(yōu)先獲得執(zhí)行。先來(lái)先服務(wù)（FCFS）按照進(jìn)程到達(dá)的先后順序進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)最高的是最先到達(dá)的進(jìn)程。進(jìn)程調(diào)度算法通過(guò)信號(hào)量來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步與互斥，防止發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)條件和死鎖。信號(hào)量機(jī)制進(jìn)程間通過(guò)發(fā)送和接收消息來(lái)進(jìn)行通信，常見的消息傳遞方式包括共享內(nèi)存、管道、消息隊(duì)列和信號(hào)等。消息傳遞機(jī)制管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動(dòng)，常用于父子進(jìn)程之間的通信。管道通信共享內(nèi)存允許多個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)同一塊內(nèi)存空間，通過(guò)讀寫共享內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信和數(shù)據(jù)交換。共享內(nèi)存通信進(jìn)程同步與通信機(jī)制03內(nèi)存管理ABCD內(nèi)存空間分配方式固定分區(qū)將內(nèi)存空間劃分為若干個(gè)固定大小的分區(qū)，每個(gè)進(jìn)程只能在其對(duì)應(yīng)的分區(qū)中運(yùn)行。段式將內(nèi)存劃分為若干個(gè)段，每個(gè)段大小可變，每個(gè)段用于存放程序的一個(gè)部分。動(dòng)態(tài)分區(qū)根據(jù)進(jìn)程大小動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存空間，如分頁(yè)系統(tǒng)。段頁(yè)式結(jié)合了段式和分頁(yè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，先將內(nèi)存劃分為若干個(gè)段，每個(gè)段內(nèi)再劃分為若干個(gè)頁(yè)。03實(shí)現(xiàn)方式通過(guò)將程序分段或分頁(yè)，并使用內(nèi)存和硬盤交換數(shù)據(jù)的方式實(shí)現(xiàn)。01原理通過(guò)將部分硬盤空間映射到內(nèi)存中，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存空間的擴(kuò)展，從而提高內(nèi)存利用率。02應(yīng)用支持大程序運(yùn)行，提高多道程序并發(fā)執(zhí)行效率，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)等。虛擬內(nèi)存技術(shù)原理及應(yīng)用訪問(wèn)權(quán)限控制通過(guò)設(shè)置不同的訪問(wèn)權(quán)限，限制進(jìn)程對(duì)不同內(nèi)存區(qū)域的讀寫操作。寫時(shí)復(fù)制技術(shù)當(dāng)多個(gè)進(jìn)程共享同一內(nèi)存區(qū)域時(shí)，采用寫時(shí)復(fù)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)隔離。內(nèi)存保護(hù)單元通過(guò)設(shè)置內(nèi)存保護(hù)單元，對(duì)不同進(jìn)程的內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行隔離和保護(hù)。內(nèi)存保護(hù)機(jī)制03020104文件系統(tǒng)總結(jié)詞理解文件概念及類型劃分是掌握文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。詳細(xì)描述文件是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單位，通常由程序或用戶創(chuàng)建和使用。根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，文件可分為不同類型，如文本文件、二進(jìn)制文件、圖像文件、音頻文件等。不同類型的文件具有不同的格式和用途。文件概念及類型劃分了解文件組織結(jié)構(gòu)是理解文件系統(tǒng)如何管理文件的關(guān)鍵?？偨Y(jié)詞文件組織結(jié)構(gòu)是指文件在存儲(chǔ)介質(zhì)上的存儲(chǔ)方式和邏輯結(jié)構(gòu)。常見的文件組織結(jié)構(gòu)包括順序存儲(chǔ)和鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)。順序存儲(chǔ)按照數(shù)據(jù)在磁盤上的物理位置依次存儲(chǔ)，而鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)通過(guò)指針鏈接不同位置的數(shù)據(jù)塊來(lái)組織文件。詳細(xì)描述文件組織結(jié)構(gòu)總結(jié)詞文件訪問(wèn)權(quán)限控制是保護(hù)文件系統(tǒng)安全的重要手段。詳細(xì)描述為了保護(hù)文件的完整性和安全性，需要對(duì)文件的訪問(wèn)權(quán)限進(jìn)行控制。常見的訪問(wèn)權(quán)限包括讀、寫、執(zhí)行等。通過(guò)設(shè)置不同的訪問(wèn)權(quán)限，可以限制用戶對(duì)文件的操作，從而避免未經(jīng)授權(quán)的修改和刪除。同時(shí)，訪問(wèn)權(quán)限控制還可以防止惡意軟件對(duì)文件的破壞和竊取。文件訪問(wèn)權(quán)限控制05設(shè)備管理設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序原理及實(shí)現(xiàn)方法設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分，負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備進(jìn)行通信和控制。它隱藏了設(shè)備的復(fù)雜實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，為應(yīng)用程序提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口，使得應(yīng)用程序可以以抽象的方式使用設(shè)備。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序原理設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)需要編寫特定的代碼，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的初始化和控制。這通常涉及到直接與硬件交互，因此需要深入了解硬件的工作原理。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常用低級(jí)語(yǔ)言（如C或匯編語(yǔ)言）編寫，以確保高效的執(zhí)行和與硬件的緊密交互。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)方法獨(dú)占分配在這種策略下，每個(gè)設(shè)備只被一個(gè)進(jìn)程使用。當(dāng)進(jìn)程使用完設(shè)備后，設(shè)備會(huì)被釋放并可供其他進(jìn)程使用。這種策略可以保證設(shè)備的充分利用，但可能導(dǎo)致設(shè)備的忙閑不均。共享分配在這種策略下，多個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)使用同一設(shè)備。這種策略可以提高設(shè)備的利用率，但需要采取一些措施來(lái)避免沖突和死鎖。分時(shí)共享在這種策略下，多個(gè)進(jìn)程可以交替使用同一設(shè)備。每個(gè)進(jìn)程在一段時(shí)間內(nèi)使用設(shè)備，然后釋放給其他進(jìn)程使用。這種策略可以平衡設(shè)備的利用率和設(shè)備的忙閑程度。設(shè)備分配策略VS設(shè)備獨(dú)立性是指應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備而編寫和運(yùn)行。這意味著應(yīng)用程序在編寫時(shí)不需要考慮具體的設(shè)備類型和特性，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序的抽象設(shè)備請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為特定設(shè)備的實(shí)際操作。實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性的方法為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性，操作系統(tǒng)需要提供一組抽象設(shè)備接口，這些接口隱藏了具體設(shè)備的細(xì)節(jié)。應(yīng)用程序通過(guò)這些接口與設(shè)備進(jìn)行交互，而不需要了解設(shè)備的具體實(shí)現(xiàn)。此外，操作系統(tǒng)還需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的管理功能，以便根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)加載和卸載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備獨(dú)立性原理設(shè)備獨(dú)立性原理06用戶界面和交互性支持簡(jiǎn)潔明了命令行界面應(yīng)提供簡(jiǎn)單明了的命令，避免使用過(guò)于復(fù)雜的命令和參數(shù)。易學(xué)易用命令行界面應(yīng)易于學(xué)習(xí)和使用，用戶能夠快速掌握基本操作。高效性命令行界面應(yīng)提供高效的命令和操作，方便用戶快速完成工作。可擴(kuò)展性隨著操作系統(tǒng)功能的增加，命令行界面應(yīng)具備可擴(kuò)展性，以適應(yīng)新的功能需求。命令行界面設(shè)計(jì)原則圖形用戶界面使用圖形元素，直觀地展示操作系統(tǒng)的功能和資源，方便用戶理解和操作。直觀性圖形用戶界面提供豐富的交互方式，如鼠標(biāo)點(diǎn)擊、拖拽等，簡(jiǎn)化用戶的操作步驟。易用性圖形用戶界面允許用戶根據(jù)個(gè)人喜好和習(xí)慣進(jìn)行定制，如調(diào)整窗口大小、位置和顏色等。可定制性圖形用戶界面能夠支持多媒體元素，如圖像、音頻和視頻等，提供更加豐富的用戶體驗(yàn)。多媒體支持圖形用戶界面（GUI）特點(diǎn)分析并發(fā)性每個(gè)用戶在使用系統(tǒng)時(shí)擁有獨(dú)立的會(huì)話空間，互不干擾。獨(dú)立性安全性可