操作系統(tǒng)教學(xué)課件

操作系統(tǒng)CATALOGUE目錄操作系統(tǒng)概述進程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理用戶界面與交互安全與保護機制01操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件，負責(zé)管理和控制計算機硬件和軟件資源，為用戶提供便利的操作界面和環(huán)境。操作系統(tǒng)具有進程管理、內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備管理等功能，負責(zé)調(diào)度和分配系統(tǒng)資源，保證計算機系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行。定義與功能功能定義發(fā)展歷程多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)20世紀70年代，集成電路計算機出現(xiàn)，出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)。單用戶操作系統(tǒng)20世紀60年代，晶體管計算機出現(xiàn)，出現(xiàn)了批處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了作業(yè)的連續(xù)處理。萌芽階段20世紀50年代初，第一代計算機誕生，采用真空管作為計算元件，沒有操作系統(tǒng)。個人計算機操作系統(tǒng)20世紀80年代，個人計算機逐漸普及，出現(xiàn)了Windows、Unix等個人計算機操作系統(tǒng)。移動操作系統(tǒng)隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，出現(xiàn)了Android、iOS等移動操作系統(tǒng)。Android谷歌公司開發(fā)的移動操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于智能手機和平板電腦。MacOS蘋果公司開發(fā)的操作系統(tǒng)，主要用于蘋果公司的硬件產(chǎn)品。Linux一種開源的操作系統(tǒng)，具有高度的可定制性和靈活性。Windows微軟公司開發(fā)的個人計算機操作系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用。Unix一種多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于服務(wù)器和大型計算機。常見類型02進程管理進程定義進程是程序的一次執(zhí)行，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位。進程狀態(tài)進程在執(zhí)行過程中會經(jīng)歷多種狀態(tài)，如運行態(tài)、就緒態(tài)、阻塞態(tài)等，這些狀態(tài)的變化反映了進程的執(zhí)行情況和系統(tǒng)資源的使用情況。進程控制塊用于描述進程狀態(tài)和屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括進程ID、內(nèi)存指針、文件描述符等。進程概念及狀態(tài)按照進程到達的先后順序進行調(diào)度，不考慮進程的優(yōu)先級和等待時間。先來先服務(wù)優(yōu)先調(diào)度等待時間最短的進程，以減少平均等待時間。最短作業(yè)優(yōu)先根據(jù)進程優(yōu)先級進行調(diào)度，優(yōu)先級高的進程優(yōu)先獲得資源。優(yōu)先級調(diào)度將進程按照優(yōu)先級和到達時間先后放入不同的隊列，從高優(yōu)先級隊列開始調(diào)度，直到找到可運行的進程。多級反饋隊列調(diào)度進程調(diào)度算法信號量機制通過信號量來實現(xiàn)進程間的同步與互斥，包括二進制信號量和計數(shù)信號量。消息傳遞機制通過消息隊列、管道和共享內(nèi)存等方式實現(xiàn)進程間的通信。條件變量和事件機制用于實現(xiàn)進程間的同步操作，當(dāng)某個條件滿足時，一個或多個進程會被喚醒或阻塞。進程同步與通信03內(nèi)存管理在編譯時確定變量和函數(shù)的存儲位置，運行時無法改變。靜態(tài)內(nèi)存分配在運行時根據(jù)需要動態(tài)地分配和釋放內(nèi)存。動態(tài)內(nèi)存分配由操作系統(tǒng)自動管理，遵循“先進后出”原則。棧式內(nèi)存分配由程序員手動管理，靈活但容易造成內(nèi)存泄漏或野指針。堆式內(nèi)存分配內(nèi)存分配方式將物理內(nèi)存映射到虛擬地址空間，實現(xiàn)進程間的隔離。虛擬內(nèi)存地址當(dāng)物理內(nèi)存不足時，選擇哪些頁面進行置換的算法。頁面置換算法將文件映射到虛擬地址空間，提高文件訪問速度。內(nèi)存映射文件將虛擬地址翻譯成物理地址的過程。地址翻譯虛擬內(nèi)存技術(shù)段式保護通過將程序劃分為獨立的段，實現(xiàn)不同段之間的訪問控制。頁式保護將物理內(nèi)存劃分為固定大小的頁，通過頁表實現(xiàn)不同進程間的隔離。段頁式保護結(jié)合段式和頁式保護，提供更靈活的內(nèi)存保護機制。寫時復(fù)制技術(shù)當(dāng)數(shù)據(jù)被修改時才進行復(fù)制，減少不必要的內(nèi)存占用。內(nèi)存保護機制04文件系統(tǒng)理解文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)總結(jié)詞文件是存儲在磁盤、閃存或其他存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)集合，可以包含文本、圖片、音頻、視頻等各種類型的數(shù)據(jù)。操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)是用于管理這些文件的軟件，它提供了統(tǒng)一的接口，使得用戶可以方便地創(chuàng)建、讀取、寫入和刪除文件。詳細描述文件概念及類型總結(jié)詞了解文件類型詳細描述根據(jù)用途和格式，文件可以分為多種類型。常見的文件類型包括文本文件、圖片文件、音頻文件、視頻文件、可執(zhí)行文件等。每種類型的文件都有特定的擴展名，用于標(biāo)識文件的類型。文件概念及類型總結(jié)詞理解文件屬性詳細描述文件具有多種屬性，如只讀、隱藏、系統(tǒng)等。這些屬性決定了文件的訪問權(quán)限和顯示方式。例如，只讀屬性可以防止文件被修改，隱藏屬性可以隱藏文件使其在普通目錄中不可見，系統(tǒng)屬性可以標(biāo)識文件為操作系統(tǒng)重要文件。文件概念及類型總結(jié)詞理解目錄結(jié)構(gòu)詳細描述文件組織結(jié)構(gòu)是指文件的存儲方式和目錄結(jié)構(gòu)。常見的目錄結(jié)構(gòu)有扁平結(jié)構(gòu)和樹形結(jié)構(gòu)。扁平結(jié)構(gòu)中，所有文件都存儲在同一個目錄下，而樹形結(jié)構(gòu)中，文件按照目錄層級進行分類存儲。文件組織結(jié)構(gòu)文件組織結(jié)構(gòu)了解路徑概念總結(jié)詞路徑是用于定位文件的標(biāo)識符，它由一系列目錄和文件名組成。絕對路徑是從根目錄開始的完整路徑，相對路徑則是相對于當(dāng)前目錄的路徑。路徑的表示方式因操作系統(tǒng)而異，如Windows使用反斜杠（）而Linux使用正斜杠（/）。詳細描述VS理解文件訪問速度與效率詳細描述在樹形結(jié)構(gòu)中，文件的訪問速度和效率取決于目錄結(jié)構(gòu)的深度和磁盤I/O性能。為了提高文件訪問速度和效率，可以采用一些優(yōu)化措施，如減少目錄深度、使用索引節(jié)點等?？偨Y(jié)詞文件組織結(jié)構(gòu)了解常見文件操作常見的文件操作包括創(chuàng)建、打開、讀取、寫入、刪除等。這些操作可以通過操作系統(tǒng)提供的API或命令行工具進行。創(chuàng)建操作用于創(chuàng)建一個新文件，打開操作用于打開一個已存在的文件，讀取操作用于從文件中讀取數(shù)據(jù)，寫入操作用于向文件中寫入數(shù)據(jù)，刪除操作用于刪除一個文件。總結(jié)詞詳細描述文件操作與保護總結(jié)詞理解文件權(quán)限與保護機制詳細描述為了保護文件的完整性，操作系統(tǒng)提供了文件權(quán)限和保護機制。通過設(shè)置不同的權(quán)限，可以控制用戶對文件的訪問權(quán)限，如只讀、寫入、執(zhí)行等。同時，還可以設(shè)置特殊的訪問控制列表（ACL），以更精細地控制用戶對文件的訪問。文件操作與保護05設(shè)備管理根據(jù)設(shè)備類型和功能，操作系統(tǒng)將設(shè)備分為不同的類別，如輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲設(shè)備等。設(shè)備分類操作系統(tǒng)提供了不同的訪問方式來與設(shè)備進行交互，如直接訪問、間接訪問、共享訪問等。訪問方式設(shè)備分類及訪問方式03驅(qū)動程序的加載與卸載操作系統(tǒng)在啟動時會自動加載所需的設(shè)備驅(qū)動程序，并在不再需要時卸載。01驅(qū)動程序的作用設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分，負責(zé)與設(shè)備硬件進行通信和控制。02驅(qū)動程序的分類根據(jù)設(shè)備的特性和功能，設(shè)備驅(qū)動程序可以分為字符設(shè)備驅(qū)動程序和塊設(shè)備驅(qū)動程序。設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備回收當(dāng)應(yīng)用程序不再需要使用設(shè)備時，操作系統(tǒng)會回收該設(shè)備，以便其他應(yīng)用程序可以使用。死鎖與競爭條件在設(shè)備分配與回收過程中，可能會出現(xiàn)死鎖和競爭條件等問題，需要采取相應(yīng)的措施來解決。設(shè)備分配當(dāng)應(yīng)用程序需要使用設(shè)備時，操作系統(tǒng)會根據(jù)一定的策略和優(yōu)先級將設(shè)備分配給應(yīng)用程序。設(shè)備分配與回收06用戶界面與交互命令行界面命令行界面（CLI）是一種操作系統(tǒng)界面，用戶通過輸入命令來與計算機進行交互。CLI具有高效、靈活和可定制性強的特點，適合高級用戶和系統(tǒng)管理員使用。CLI常用的命令包括文件操作、系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)配置等，用戶需要具備一定的計算機基礎(chǔ)知識和技能才能熟練使用。圖形用戶界面01圖形用戶界面（GUI）是一種基于圖形的操作系統(tǒng)界面，用戶通過圖形化元素進行交互。02GUI具有直觀、易用和美觀的特點，適合普通用戶使用。GUI常見的元素包括窗口、圖標(biāo)、菜單、按鈕等，用戶可以通過鼠標(biāo)和鍵盤進行操作。03010203多用戶環(huán)境允許多個用戶同時登錄和使用系統(tǒng)資源。多任務(wù)環(huán)境允許多個任務(wù)同時運行，提高系統(tǒng)資源的利用率。操作系統(tǒng)需要提供多用戶和多任務(wù)的調(diào)度和管理機制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。多用戶與多任務(wù)環(huán)境07安全與保護機制最常見的身份認證方式，通過用戶輸入用戶名和密碼進行身份驗證。用戶名和密碼多因素認證單點登錄除了用戶名和密碼外，還需要其他認證方式，如動態(tài)令牌、指紋識別、面部識別等。通過一個賬號和密碼，可以登錄多個系統(tǒng)或應(yīng)用，無需重復(fù)認證。030201用戶身份認證123每個用戶或系統(tǒng)只擁有完成工作所需的最小權(quán)限。最小權(quán)限原則根據(jù)用戶的角色或職位分配相應(yīng)的訪問權(quán)限。角