計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課件-v

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課件-v操作系統(tǒng)概述進(jìn)程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理用戶界面與交互性支持安全性和保護(hù)機(jī)制操作系統(tǒng)概述01操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源、合理組織計(jì)算機(jī)工作流程以及方便用戶使用的程序的集合。定義提供計(jì)算機(jī)硬件與軟件之間的接口，管理計(jì)算機(jī)資源，控制程序執(zhí)行，改善人機(jī)界面，為其他軟件提供支持等。功能定義與功能從手工操作到批處理，再到分時(shí)操作、實(shí)時(shí)操作，最后到網(wǎng)絡(luò)操作和分布式操作系統(tǒng)。根據(jù)運(yùn)行環(huán)境和使用方式的不同，可分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)等。發(fā)展歷程及分類分類發(fā)展歷程它是用戶和計(jì)算機(jī)之間的接口，為用戶提供方便、有效的工作環(huán)境。操作系統(tǒng)的性能直接影響整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能發(fā)揮和資源的利用率。作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)軟件，操作系統(tǒng)管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有硬件和軟件資源。操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中的地位進(jìn)程管理02進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程在其生命周期內(nèi)會(huì)經(jīng)歷多種狀態(tài)，如創(chuàng)建態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、阻塞態(tài)和終止態(tài)等。這些狀態(tài)之間會(huì)根據(jù)特定的事件或條件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。進(jìn)程定義進(jìn)程是操作系統(tǒng)中進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，它是程序的執(zhí)行過(guò)程，具有動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、獨(dú)立性和異步性等特征。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可以清晰地展示進(jìn)程在不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，以及觸發(fā)這些轉(zhuǎn)換的事件或條件。進(jìn)程概念及狀態(tài)轉(zhuǎn)換調(diào)度算法分類01根據(jù)不同的調(diào)度目標(biāo)和策略，可以將進(jìn)程調(diào)度算法分為多種類型，如先來(lái)先服務(wù)（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、優(yōu)先級(jí)調(diào)度（PriorityScheduling）、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）等。調(diào)度策略02調(diào)度策略決定了操作系統(tǒng)如何選擇合適的進(jìn)程來(lái)執(zhí)行。常見的調(diào)度策略包括搶占式和非搶占式調(diào)度、靜態(tài)優(yōu)先級(jí)和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度等。多級(jí)反饋隊(duì)列03多級(jí)反饋隊(duì)列是一種綜合考慮進(jìn)程優(yōu)先級(jí)、等待時(shí)間和執(zhí)行時(shí)間的調(diào)度算法，它可以根據(jù)進(jìn)程的行為動(dòng)態(tài)調(diào)整其優(yōu)先級(jí)和分配的資源。進(jìn)程調(diào)度算法與策略同步原語(yǔ)為了保證多個(gè)進(jìn)程之間協(xié)調(diào)地工作，操作系統(tǒng)提供了一組同步原語(yǔ)，如信號(hào)量（Semaphore）、互斥鎖（Mutex）等，用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和互斥。進(jìn)程通信進(jìn)程通信是指不同進(jìn)程之間交換數(shù)據(jù)和信息的機(jī)制。常見的進(jìn)程通信方式包括管道（Pipe）、消息隊(duì)列（MessageQueue）、共享內(nèi)存（SharedMemory）等。死鎖與饑餓在多進(jìn)程環(huán)境中，如果進(jìn)程之間的資源請(qǐng)求和分配不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致死鎖或饑餓現(xiàn)象。操作系統(tǒng)需要采取相應(yīng)的策略來(lái)避免或解決這些問題，如資源分配圖算法、銀行家算法等。進(jìn)程同步與通信機(jī)制內(nèi)存管理03單一連續(xù)分配、固定分區(qū)分配、動(dòng)態(tài)分區(qū)分配連續(xù)分配方式非連續(xù)分配方式分配算法基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理、基本分段存儲(chǔ)管理、段頁(yè)式存儲(chǔ)管理首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法、最壞適應(yīng)算法030201內(nèi)存空間分配與回收技術(shù)

虛擬內(nèi)存管理技術(shù)請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理頁(yè)表機(jī)制、缺頁(yè)中斷機(jī)構(gòu)、地址變換機(jī)構(gòu)請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理段表機(jī)制、缺段中斷機(jī)構(gòu)、地址變換機(jī)構(gòu)請(qǐng)求段頁(yè)式存儲(chǔ)管理段表和頁(yè)表結(jié)合、缺段和缺頁(yè)中斷機(jī)構(gòu)、地址變換機(jī)構(gòu)界限寄存器保護(hù)通過(guò)一對(duì)界限寄存器存放程序的上下界地址，CPU訪問內(nèi)存時(shí)比較訪問地址與界限寄存器中的值，判斷是否越界。存儲(chǔ)鍵保護(hù)為每個(gè)存儲(chǔ)塊分配一個(gè)存儲(chǔ)鍵，同時(shí)CPU中設(shè)置一個(gè)相應(yīng)的存儲(chǔ)鍵寄存器。訪問內(nèi)存時(shí)，將訪問地址的存儲(chǔ)鍵與CPU中的存儲(chǔ)鍵寄存器進(jìn)行比較，判斷是否合法。環(huán)保護(hù)操作系統(tǒng)按照系統(tǒng)程序和用戶程序的重要性及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響程度，將程序分為不同的級(jí)別，每一級(jí)賦予不同的權(quán)限。低級(jí)別的程序不能訪問高級(jí)別程序的內(nèi)存空間。內(nèi)存保護(hù)機(jī)制文件系統(tǒng)04文件概念文件是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單位，通常是一組相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，具有名稱、創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間等屬性。文件組織結(jié)構(gòu)常見的文件組織結(jié)構(gòu)包括順序結(jié)構(gòu)、鏈接結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)等。其中，順序結(jié)構(gòu)將文件數(shù)據(jù)按照順序存儲(chǔ)在連續(xù)的物理塊中；鏈接結(jié)構(gòu)通過(guò)指針將分散的物理塊鏈接起來(lái)；索引結(jié)構(gòu)則通過(guò)建立索引表來(lái)管理文件的物理存儲(chǔ)位置。文件概念及組織結(jié)構(gòu)包括順序訪問、隨機(jī)訪問和直接訪問等。順序訪問按照文件的邏輯順序進(jìn)行讀寫操作；隨機(jī)訪問可以任意跳轉(zhuǎn)到文件的任意位置進(jìn)行讀寫；直接訪問則通過(guò)計(jì)算文件的物理地址直接進(jìn)行讀寫。文件訪問方法操作系統(tǒng)通過(guò)用戶身份認(rèn)證和訪問控制列表（ACL）等手段對(duì)文件訪問進(jìn)行權(quán)限控制，確保不同用戶對(duì)文件的操作符合安全策略。權(quán)限控制文件訪問方法與權(quán)限控制通過(guò)內(nèi)存緩存來(lái)加速文件訪問速度，減少磁盤I/O操作次數(shù)。緩存技術(shù)采用合適的磁盤調(diào)度算法，如先來(lái)先服務(wù)（FCFS）、最短尋道時(shí)間優(yōu)先（SSTF）、掃描算法（SCAN）等，以優(yōu)化磁盤讀寫性能。磁盤調(diào)度算法針對(duì)文件系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用如日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)（LFS）、分布式文件系統(tǒng)（DFS）等高級(jí)文件系統(tǒng)技術(shù)，提高文件系統(tǒng)的可靠性和性能。文件系統(tǒng)優(yōu)化文件系統(tǒng)性能優(yōu)化策略設(shè)備管理05設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序概念設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件設(shè)備之間的接口，它負(fù)責(zé)管理和控制設(shè)備的操作，提供設(shè)備服務(wù)的軟件程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序原理設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用接口與硬件設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制和管理。它通常包括設(shè)備初始化、設(shè)備打開、設(shè)備讀寫、設(shè)備關(guān)閉等操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)方法設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)方法因操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備而異。常見的實(shí)現(xiàn)方法包括使用操作系統(tǒng)提供的設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)框架、直接編寫內(nèi)核模塊、使用硬件抽象層（HAL）等。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序原理及實(shí)現(xiàn)方法010203設(shè)備分配策略設(shè)備分配策略是指操作系統(tǒng)如何為進(jìn)程分配和管理設(shè)備資源的方法。常見的設(shè)備分配策略包括獨(dú)占設(shè)備分配、共享設(shè)備分配和虛擬設(shè)備分配。資源共享技術(shù)資源共享技術(shù)是指多個(gè)進(jìn)程或線程共享使用同一設(shè)備資源的技術(shù)。常見的資源共享技術(shù)包括使用信號(hào)量、互斥鎖、條件變量等同步機(jī)制，以及使用設(shè)備文件、設(shè)備隊(duì)列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備獨(dú)立性是指應(yīng)用程序與具體設(shè)備無(wú)關(guān)，即應(yīng)用程序使用邏輯設(shè)備名請(qǐng)求使用設(shè)備，而由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將邏輯設(shè)備名映射到具體的物理設(shè)備。這種機(jī)制使得應(yīng)用程序具有更好的可移植性和易維護(hù)性。設(shè)備分配策略與資源共享技術(shù)I/O緩沖技術(shù)I/O緩沖技術(shù)是指使用內(nèi)存緩沖區(qū)暫存輸入/輸出數(shù)據(jù)，以減少頻繁的磁盤或網(wǎng)絡(luò)訪問，提高I/O操作效率。常見的I/O緩沖技術(shù)包括單緩沖、雙緩沖、循環(huán)緩沖和多緩沖等。I/O調(diào)度算法是指操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程發(fā)出的I/O請(qǐng)求進(jìn)行排序和調(diào)度的算法。常見的I/O調(diào)度算法包括先來(lái)先服務(wù)（FCFS）、最短尋道時(shí)間優(yōu)先（SSTF）、掃描算法（SCAN）和循環(huán)掃描算法（CSCAN）等。DMA（DirectMemoryAccess）技術(shù)是一種允許外部設(shè)備和內(nèi)存直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，無(wú)需CPU的干預(yù)。使用DMA技術(shù)可以大大減輕CPU的負(fù)擔(dān)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。中斷處理技術(shù)是指當(dāng)外部設(shè)備完成I/O操作或發(fā)生異常情況時(shí)，通過(guò)中斷方式通知CPU進(jìn)行處理的技術(shù)。中斷處理可以使得CPU和外設(shè)并行工作，提高系統(tǒng)整體效率。I/O調(diào)度算法DMA技術(shù)中斷處理技術(shù)I/O操作優(yōu)化方法用戶界面與交互性支持0603典型命令行界面實(shí)現(xiàn)方法介紹常見的命令行界面實(shí)現(xiàn)方法，如bash、zsh等，并分析其實(shí)現(xiàn)原理和特點(diǎn)。01命令行界面基本概念介紹命令行界面的定義、特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)等基本概念。02命令行解析原理詳細(xì)闡述命令行解析器的工作原理，包括參數(shù)解析、命令匹配、錯(cuò)誤處理等。命令行界面設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)方法圖形用戶界面設(shè)計(jì)原理詳細(xì)闡述圖形用戶界面的設(shè)計(jì)原理，包括窗口管理、事件驅(qū)動(dòng)、控件布局等。典型圖形用戶界面實(shí)現(xiàn)方法介紹常見的圖形用戶界面實(shí)現(xiàn)方法，如Windows、macOS、Linux桌面環(huán)境等，并分析其實(shí)現(xiàn)原理和特點(diǎn)。圖形用戶界面基本概念介紹圖形用戶界面的定義、特點(diǎn)、發(fā)展歷程等基本概念。圖形用戶界面設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)方法123介紹多用戶環(huán)境的定義、特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景等基本概念。多用戶環(huán)境基本概念詳細(xì)闡述多用戶環(huán)境下的交互性支持技術(shù)，包括進(jìn)程間通信、遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用、分布式計(jì)算等。多用戶環(huán)境下的交互性支持技術(shù)介紹常見的多用戶交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，如Unix/Linux多用戶系統(tǒng)、Windows多用戶系統(tǒng)等，并分析其實(shí)現(xiàn)原理和特點(diǎn)。典型多用戶交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法多用戶環(huán)境下的交互性支持技術(shù)安全性和保護(hù)機(jī)制07安全性威脅的類型包括病毒、蠕蟲、木馬、惡意軟件、黑客攻擊等。操作系統(tǒng)安全性的重要性確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和可用性，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和攻擊，維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。操作系統(tǒng)安全性的定義保護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)不受未經(jīng)授權(quán)的訪問、攻擊或破壞的能力。操作系統(tǒng)安全性概述訪問控制策略和權(quán)限管理技術(shù)可以通過(guò)操作系統(tǒng)提供的訪問控制列表、安全標(biāo)識(shí)符、特權(quán)級(jí)別等機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。訪問控制和權(quán)限管理的實(shí)現(xiàn)方式定義誰(shuí)可以訪問系統(tǒng)資源以及他們可以執(zhí)行哪些操作。常見的策略包括自主訪問控制、強(qiáng)制訪問控制和基于角色的訪問控制。訪問控制策略用于管理用戶對(duì)系統(tǒng)資源的訪問權(quán)限。這包括用戶身份驗(yàn)證、授權(quán)和權(quán)限分配等過(guò)程。權(quán)限管理技術(shù)加密和簽名技術(shù)在操作系統(tǒng)中的應(yīng)用通過(guò)將敏感信息轉(zhuǎn)換為不可讀的代碼形