操作系統(tǒng)課程講解課件

操作系統(tǒng)課程講解課件目錄操作系統(tǒng)概述進(jìn)程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理用戶接口常見操作系統(tǒng)介紹01操作系統(tǒng)概述Chapter操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源。定義操作系統(tǒng)的主要作用是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率和可靠性，滿足用戶對(duì)資源的需求。作用定義和作用01020304早期操作系統(tǒng)最早的操作系統(tǒng)出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，主要用于批處理和分時(shí)系統(tǒng)。多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)逐漸成為主流，如Unix和Linux。單用戶操作系統(tǒng)隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，單用戶操作系統(tǒng)逐漸流行，如DOS和Windows。分布式操作系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，分布式操作系統(tǒng)逐漸成為研究的熱點(diǎn)，如Unix和WindowsNT。發(fā)展歷程負(fù)責(zé)進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和終止等任務(wù)。負(fù)責(zé)管理磁盤、文件和目錄等資源。為用戶程序提供訪問系統(tǒng)級(jí)服務(wù)的接口。負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配、回收和管理等任務(wù)。負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備進(jìn)行交互和控制等任務(wù)。進(jìn)程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序系統(tǒng)調(diào)用接口主要組成部分02進(jìn)程管理Chapter進(jìn)程定義進(jìn)程是操作系統(tǒng)中進(jìn)行資源分配和執(zhí)行計(jì)算的基本單位，它由程序、數(shù)據(jù)集合和運(yùn)行狀態(tài)三部分組成。進(jìn)程特征進(jìn)程具有獨(dú)立性、并發(fā)性和動(dòng)態(tài)性，其中獨(dú)立性指進(jìn)程可以獨(dú)立地使用計(jì)算機(jī)資源，并發(fā)性指多個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)性指進(jìn)程可以在系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建和消亡。進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程在運(yùn)行過程中會(huì)處于不同的狀態(tài)，如就緒狀態(tài)、等待狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換由操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度決定。進(jìn)程概念進(jìn)程調(diào)度的概念進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)分配計(jì)算機(jī)資源（CPU）的軟件系統(tǒng)，它根據(jù)一定的調(diào)度算法，使進(jìn)程在就緒狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。調(diào)度算法常見的調(diào)度算法有先來先服務(wù)（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、優(yōu)先級(jí)調(diào)度（PS）、輪轉(zhuǎn)調(diào)度（RR）等，這些算法各有優(yōu)劣，適用于不同的場(chǎng)景。調(diào)度過程進(jìn)程調(diào)度的主要過程包括隊(duì)列管理、進(jìn)程調(diào)度和上下文切換三個(gè)步驟，其中隊(duì)列管理負(fù)責(zé)將新到達(dá)的進(jìn)程加入隊(duì)列，進(jìn)程調(diào)度負(fù)責(zé)從隊(duì)列中選擇合適的進(jìn)程執(zhí)行，上下文切換則負(fù)責(zé)保存和恢復(fù)被中斷的進(jìn)程的執(zhí)行環(huán)境。進(jìn)程調(diào)度010203進(jìn)程通信的定義進(jìn)程通信是指在不同進(jìn)程之間傳遞數(shù)據(jù)和信息，以實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)同工作的目的。進(jìn)程通信的方式常見的進(jìn)程通信方式有消息傳遞、共享內(nèi)存和管道等，其中消息傳遞是通過發(fā)送和接收消息來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信，共享內(nèi)存是通過共享一段內(nèi)存空間來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換，管道則是通過讀寫文件來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)傳輸。進(jìn)程通信的過程進(jìn)程通信的過程包括發(fā)送方進(jìn)程將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收方進(jìn)程，接收方進(jìn)程接收數(shù)據(jù)并處理，以及發(fā)送方和接收方進(jìn)程之間的同步和互斥問題。進(jìn)程通信03內(nèi)存管理Chapter內(nèi)存定義01內(nèi)存是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一種硬件資源，也稱為隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（RAM）。它用于存儲(chǔ)運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)，以便CPU可以快速地訪問它們。內(nèi)存種類02根據(jù)存儲(chǔ)單元的讀寫特性，內(nèi)存可以分為靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（SRAM）、動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（DRAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）等類型。內(nèi)存性能指標(biāo)03內(nèi)存的性能指標(biāo)包括存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間和可靠性。其中，存取時(shí)間指的是從CPU發(fā)出讀寫命令到數(shù)據(jù)被存入或讀出內(nèi)存所需要的時(shí)間。內(nèi)存概念在程序編譯時(shí)，靜態(tài)內(nèi)存分配確定每個(gè)變量在內(nèi)存中的位置。這種分配方式簡(jiǎn)單直觀，但不利于內(nèi)存的動(dòng)態(tài)利用和程序的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。靜態(tài)內(nèi)存分配在程序運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)地分配和釋放內(nèi)存。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配包括堆和棧兩種方式。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配由于多次動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和釋放，內(nèi)存中會(huì)出現(xiàn)許多碎片。這些碎片會(huì)降低內(nèi)存的利用率，因此需要進(jìn)行內(nèi)存碎片整理。內(nèi)存碎片問題內(nèi)存分配策略虛擬內(nèi)存概念虛擬內(nèi)存是一種內(nèi)存管理技術(shù)，它通過將內(nèi)存和磁盤結(jié)合使用，使得程序可以使用的內(nèi)存空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物理內(nèi)存空間。當(dāng)物理內(nèi)存被填滿時(shí)，操作系統(tǒng)需要選擇一些頁面進(jìn)行置換，以便為新的頁面騰出空間。常見的頁面置換算法包括先進(jìn)先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和最佳（OPT）等。在虛擬內(nèi)存中，程序使用的地址稱為虛擬地址，而實(shí)際在物理內(nèi)存中對(duì)應(yīng)的地址稱為物理地址。操作系統(tǒng)通過地址翻譯機(jī)制將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。頁面置換算法虛擬地址和物理地址虛擬內(nèi)存技術(shù)04文件系統(tǒng)Chapter文件是操作系統(tǒng)中一個(gè)重要的概念，它是存儲(chǔ)在磁盤或其他存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)集合。文件可以包含文本、圖像、音頻、視頻等數(shù)據(jù)。文件文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件的軟件系統(tǒng)。它負(fù)責(zé)文件的存儲(chǔ)、檢索和保護(hù)。文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的目的是為了方便用戶對(duì)文件進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索和管理，同時(shí)也為了保護(hù)文件免受未經(jīng)授權(quán)的訪問和修改。文件系統(tǒng)的目的文件系統(tǒng)概念目錄結(jié)構(gòu)文件路徑文件屬性文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)通常采用樹形結(jié)構(gòu)來組織文件。根目錄是文件系統(tǒng)的起點(diǎn)，它包含其他目錄和文件的引用。每個(gè)目錄可以包含其他目錄和文件。文件路徑是指向文件的引用，它指定了文件在文件系統(tǒng)中的位置。文件路徑可以是絕對(duì)路徑或相對(duì)路徑。每個(gè)文件都有一系列屬性，包括文件名、文件大小、創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間等。這些屬性提供了關(guān)于文件的信息。訪問權(quán)限文件系統(tǒng)通常對(duì)文件的訪問進(jìn)行控制，以防止未經(jīng)授權(quán)的用戶訪問或修改文件。訪問權(quán)限包括讀、寫和執(zhí)行權(quán)限。訪問控制列表（ACL）ACL是用于控制對(duì)文件和目錄的訪問的一種機(jī)制。ACL可以指定哪些用戶或用戶組可以訪問特定的文件或目錄，以及他們可以執(zhí)行哪些操作。身份驗(yàn)證身份驗(yàn)證是確保用戶身份合法的過程。在訪問文件之前，身份驗(yàn)證可以確保只有合法的用戶可以訪問文件。010203文件訪問控制05設(shè)備管理Chapter設(shè)備管理是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件設(shè)備進(jìn)行配置、使用、維護(hù)和管理的過程，以確保設(shè)備正常運(yùn)行，提高系統(tǒng)性能和可靠性。設(shè)備管理定義設(shè)備管理的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大化利用，減少設(shè)備故障，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，并為應(yīng)用程序提供高效的設(shè)備服務(wù)。設(shè)備管理目標(biāo)設(shè)備可以分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，每種設(shè)備的性質(zhì)和用途不同，需要不同的管理策略。設(shè)備分類設(shè)備管理概念123設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的接口，它負(fù)責(zé)將操作系統(tǒng)的抽象操作轉(zhuǎn)換為具體的硬件操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序定義設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要功能是管理設(shè)備的各種資源，包括設(shè)備的配置、啟動(dòng)、關(guān)閉、中斷處理等。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序功能設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以分為塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，每種類型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有其特定的管理和操作方式。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分類設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序要點(diǎn)三設(shè)備分配定義設(shè)備分配是指操作系統(tǒng)將硬件資源分配給正在等待使用設(shè)備的進(jìn)程或作業(yè)的過程。要點(diǎn)一要點(diǎn)二設(shè)備分配原則在進(jìn)行設(shè)備分配時(shí)，需要考慮公平性、有效性和可靠性等原則。公平性是指每個(gè)進(jìn)程都有平等的機(jī)會(huì)使用設(shè)備；有效性是指設(shè)備分配應(yīng)該使得設(shè)備的利用率達(dá)到最大；可靠性是指設(shè)備分配應(yīng)該確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。常見設(shè)備分配策略常見的設(shè)備分配策略包括先來先服務(wù)（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、最短作業(yè)優(yōu)先（SRT）、優(yōu)先級(jí)調(diào)度等。每種策略都有其特定的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的策略。要點(diǎn)三設(shè)備分配策略06用戶接口Chapter用戶接口是操作系統(tǒng)提供給用戶與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互的工具和方式。用戶接口定義了用戶與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的交互方式，使得用戶能夠方便、有效地使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。用戶接口包括命令行接口、圖形用戶接口等。用戶接口概念它通過在終端上輸入命令來執(zhí)行操作，用戶通過學(xué)習(xí)掌握命令的語法和命令參數(shù)的含義，能夠使用操作系統(tǒng)提供的各種功能。命令行接口具有靈活性和高效性，適合于專業(yè)用戶或需要執(zhí)行大量重復(fù)性操作的用戶。命令行接口是操作系統(tǒng)提供的一種基本交互方式。命令行接口圖形用戶接口是現(xiàn)代操作系統(tǒng)普遍采用的一種交互方式。它通過圖形化的圖標(biāo)、按鈕、菜單等方式來展示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能，用戶可以通過鼠標(biāo)或觸摸屏等設(shè)備進(jìn)行操作。圖形用戶接口具有直觀性和易用性，適合于普通用戶或需要執(zhí)行復(fù)雜操作的特殊用戶。圖形用戶接口07常見操作系統(tǒng)介紹Chapter總結(jié)詞開源、多用戶、多任務(wù)、支持多種硬件平臺(tái)詳細(xì)描述Unix/Linux系統(tǒng)是一個(gè)開源的操作系統(tǒng)，可以支持多用戶、多任務(wù)，并且可以在多種硬件平臺(tái)上運(yùn)行。它是一種非常強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，被廣泛用于服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域。Unix/Linux系統(tǒng)商業(yè)、單用戶、多任務(wù)、圖形化界面、應(yīng)用軟件豐富Windows系統(tǒng)是一種商業(yè)操作系統(tǒng)，支持單用戶、多任務(wù)，并提供了圖形化界面。它具有廣泛的應(yīng)用軟件支持，并且被廣泛應(yīng)用于個(gè)