操作系統(tǒng)的基本概念課件

操作系統(tǒng)的基本概念課件操作系統(tǒng)概述進程與線程管理內存管理文件系統(tǒng)設備驅動程序系統(tǒng)調用與應用程序接口(API)01操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件，它負責管理和控制計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源，為用戶和應用程序提供一個方便、高效、安全和可靠的工作環(huán)境。操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、進程管理、內存管理、文件系統(tǒng)管理、用戶界面等。定義與功能功能定義歷史操作系統(tǒng)的發(fā)展可以分為四個階段：人工操作階段、脫機輸入/輸出階段、聯(lián)機輸入/輸出階段和現(xiàn)代操作系統(tǒng)階段。發(fā)展隨著計算機技術和通信技術的不斷發(fā)展，操作系統(tǒng)也在不斷發(fā)展和演變，出現(xiàn)了許多不同類型的操作系統(tǒng)，如Unix、Linux、Windows等。操作系統(tǒng)的歷史與發(fā)展批處理操作系統(tǒng)將用戶提交的作業(yè)（包括程序、數據和控制信息）成批地輸入計算機，然后由操作系統(tǒng)控制作業(yè)的執(zhí)行。批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)允許多個用戶同時使用一臺計算機，并能夠有效地管理和控制計算機的各種資源。分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時間內對外部事件做出響應，并能夠在嚴格的時間范圍內控制程序的執(zhí)行。實時操作系統(tǒng)網絡操作系統(tǒng)是一種專門為網絡計算環(huán)境設計的操作系統(tǒng)，它能夠提供網絡資源的管理和控制功能。網絡操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的基本類型02進程與線程管理進程是計算機中的程序關于某個數據集合上的一次運行活動，是系統(tǒng)進行資源分配和調度的基本單位。進程定義進程狀態(tài)通常包括等待狀態(tài)、就緒狀態(tài)、運行狀態(tài)和終止狀態(tài)。進程狀態(tài)進程的定義與狀態(tài)線程是進程內的一個執(zhí)行路徑，是操作系統(tǒng)調度的基本單位。線程定義線程狀態(tài)通常包括新建狀態(tài)、就緒狀態(tài)、運行狀態(tài)、阻塞狀態(tài)和終止狀態(tài)。線程狀態(tài)線程的定義與狀態(tài)調度算法常見的調度算法包括先來先服務（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、優(yōu)先級調度（PS）、輪轉調度（RR）等。調度原則操作系統(tǒng)根據進程和線程的優(yōu)先級、CPU空閑時間、任務隊列等條件進行調度。調度過程操作系統(tǒng)通過進程調度和線程調度來分配CPU的使用權，實現(xiàn)系統(tǒng)資源的合理利用。進程與線程的調度03內存管理根據存儲介質和存儲速度，內存被分為多種類型，如RAM、ROM、Cache等。內存分類動態(tài)內存分配靜態(tài)內存分配操作系統(tǒng)使用動態(tài)內存分配來為程序分配內存，這種方式可以更好地利用內存資源。在程序編譯時確定所有內存分配，這種方式不夠靈活。030201內存的分類與分配方式操作系統(tǒng)通過設置內存訪問權限來防止程序非法訪問內存。內存訪問權限將內存劃分為多個段，每個段都有不同的訪問權限。段式保護將內存劃分為多個頁，每個頁都有不同的訪問權限。頁式保護內存保護機制緩存是一種硬件或軟件組件，用于存儲經常訪問的數據，以提高數據訪問速度。緩存原理CPU緩存分為L1、L2和L3三級，用于存儲最近訪問的數據，以減少CPU訪問主存的次數。CPU緩存內存緩存用于存儲最近訪問的數據，以減少CPU訪問主存的次數。內存緩存緩存技術及原理04文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的定義文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件和目錄的軟件結構，它提供了存儲、檢索和管理文件的方法。文件系統(tǒng)的結構文件系統(tǒng)通常采用樹狀結構，由根目錄開始，各級子目錄下包含文件和子目錄，形成層次結構，方便用戶進行查找和管理。文件系統(tǒng)的定義與結構文件系統(tǒng)通過將文件數據存儲在磁盤上的連續(xù)空間中，建立文件指針指向文件數據位置，實現(xiàn)文件的讀取。用戶可以通過文件名和路徑來訪問文件數據。文件的讀取文件系統(tǒng)通過將數據寫入磁盤上的文件存儲空間中，實現(xiàn)文件的寫入。文件系統(tǒng)根據文件的大小和結構，將數據存儲在磁盤上的適當位置，并更新文件指針以反映新的數據位置。文件的寫入文件的讀寫原理磁盤分區(qū)管理磁盤分區(qū)是磁盤管理的關鍵部分。操作系統(tǒng)通常將磁盤分為多個分區(qū)，每個分區(qū)具有不同的用途和屬性。例如，操作系統(tǒng)可以將磁盤分為系統(tǒng)分區(qū)、數據分區(qū)和恢復分區(qū)等。磁盤優(yōu)化為了提高磁盤的性能和可靠性，操作系統(tǒng)通常會進行磁盤優(yōu)化。磁盤優(yōu)化包括對磁盤進行格式化、清理垃圾文件、調整磁盤碎片整理等操作，以提高磁盤的讀寫速度和可靠性。磁盤管理及優(yōu)化05設備驅動程序設備驅動程序通過特定的系統(tǒng)調用（API）和中斷處理程序來與硬件交互，從而實現(xiàn)設備的控制和操作。設備驅動程序還負責將高級的系統(tǒng)調用轉換為低級的硬件控制指令，以實現(xiàn)對硬件設備的精確控制。設備驅動程序是操作系統(tǒng)與硬件之間的接口，它能夠使硬件設備與操作系統(tǒng)進行通信和控制。設備驅動程序的作用與原理中斷處理程序系統(tǒng)調用接口設備文件內存管理設備驅動程序的主要組成部分01020304用于處理硬件設備的中斷請求，并響應設備的控制和操作。提供一組系統(tǒng)調用給應用程序使用，用于與設備驅動程序進行交互。表示硬件設備的抽象文件，應用程序可以通過文件操作來訪問硬件設備。用于管理設備的內存資源，包括設備的內存分配和釋放等。用于控制硬盤的讀寫操作，包括對硬盤的分區(qū)、格式化、讀寫數據等操作。硬盤驅動程序用于控制顯卡的顯示輸出，包括圖像的顯示、分辨率設置、顏色管理等操作。顯卡驅動程序用于控制網絡接口的通信，包括數據的發(fā)送和接收、網絡連接的設置等操作。網卡驅動程序常見設備驅動程序舉例06系統(tǒng)調用與應用程序接口(API)VS系統(tǒng)調用是操作系統(tǒng)提供給應用程序的接口，使得應用程序能夠訪問操作系統(tǒng)提供的底層服務。作用系統(tǒng)調用是操作系統(tǒng)內核與應用程序之間的橋梁，通過系統(tǒng)調用應用程序可以請求操作系統(tǒng)提供服務，如文件讀寫、進程控制、內存管理等。定義系統(tǒng)調用的定義與作用API（ApplicationProgrammingInterface，應用程序編程接口）是一組規(guī)范或協(xié)議，定義了應用程序如何與操作系統(tǒng)或其他應用程序進行交互。API通常由一組函數、過程或對象組成，應用程序通過調用這些函數或過程來實現(xiàn)與操作系統(tǒng)的交互。API的使用方法包括函數調用、參數傳遞、返回值處理等。定義使用方法API的定義與使用方法系統(tǒng)調用例如，`fork()`函數用于創(chuàng)建一個新進程，`read()`函數用于從文件讀取數據，`writ