華中科技大學(xué)操系作統(tǒng)課件全集

華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集目錄操作系統(tǒng)概述進(jìn)程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理用戶界面01操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的定義與功能定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，為用戶提供便利的操作界面和開(kāi)發(fā)環(huán)境。功能操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備管理和用戶界面等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，早期的操作系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，如FORTRAN監(jiān)控程序、IBSYS等。早期操作系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的不斷進(jìn)步，操作系統(tǒng)經(jīng)歷了多道程序設(shè)計(jì)和分時(shí)系統(tǒng)的發(fā)展，逐漸形成了現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本框架。發(fā)展歷程隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的興起，操作系統(tǒng)將朝著更加智能化、安全化、高效化的方向發(fā)展。發(fā)展趨勢(shì)操作系統(tǒng)的歷史與發(fā)展操作系統(tǒng)可分為桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、移動(dòng)終端操作系統(tǒng)等。根據(jù)使用環(huán)境操作系統(tǒng)可分為開(kāi)源操作系統(tǒng)和閉源操作系統(tǒng)。根據(jù)授權(quán)方式操作系統(tǒng)可分為單用戶操作系統(tǒng)和多用戶操作系統(tǒng)。根據(jù)訪問(wèn)方式操作系統(tǒng)的分類02進(jìn)程管理進(jìn)程的定義進(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。進(jìn)程的狀態(tài)進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷多種狀態(tài)，如新建、就緒、運(yùn)行、阻塞和終止等。進(jìn)程控制塊PCB用于描述進(jìn)程的屬性和狀態(tài)，包含進(jìn)程標(biāo)識(shí)、內(nèi)存指針、CPU寄存器上下文等信息。進(jìn)程的概念與狀態(tài)030201進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程終止進(jìn)程切換進(jìn)程的創(chuàng)建與終止通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建新進(jìn)程，需要分配資源并初始化PCB。當(dāng)進(jìn)程完成或異常結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)回收資源并更新PCB狀態(tài)。在進(jìn)程調(diào)度時(shí)，將當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的CPU上下文保存到PCB中，并加載下一個(gè)就緒進(jìn)程的CPU上下文。信號(hào)量機(jī)制用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和互斥，包括二進(jìn)制信號(hào)量和計(jì)數(shù)信號(hào)量。消息傳遞通過(guò)發(fā)送和接收消息實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信，包括直接通信和間接通信。共享內(nèi)存多個(gè)進(jìn)程共享同一塊物理內(nèi)存空間，通過(guò)映射機(jī)制實(shí)現(xiàn)通信。進(jìn)程的同步與通信03調(diào)度性能評(píng)估通過(guò)評(píng)估指標(biāo)如吞吐量、響應(yīng)時(shí)間、等待時(shí)間等來(lái)衡量調(diào)度算法的性能。01調(diào)度算法常見(jiàn)的調(diào)度算法包括先來(lái)先服務(wù)、最短作業(yè)優(yōu)先、優(yōu)先級(jí)調(diào)度等。02上下文切換在進(jìn)程切換時(shí)，保存和恢復(fù)當(dāng)前進(jìn)程的CPU上下文，以便下次恢復(fù)執(zhí)行。進(jìn)程的調(diào)度與切換03內(nèi)存管理操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)為進(jìn)程分配內(nèi)存空間，通常采用連續(xù)內(nèi)存分配方式。內(nèi)存分配當(dāng)進(jìn)程結(jié)束或釋放其占用的內(nèi)存空間時(shí)，操作系統(tǒng)需要回收這些內(nèi)存以便重新分配。內(nèi)存回收連續(xù)分配方式可能導(dǎo)致內(nèi)存碎片，影響內(nèi)存利用率。內(nèi)存碎片內(nèi)存的分配與回收當(dāng)系統(tǒng)中的物理內(nèi)存不足時(shí)，操作系統(tǒng)需要將部分進(jìn)程暫時(shí)移至磁盤，以便騰出足夠的內(nèi)存空間。為了減少內(nèi)存占用和提高內(nèi)存利用率，操作系統(tǒng)可以采用覆蓋技術(shù)，將一個(gè)進(jìn)程的不同部分分別裝入內(nèi)存的不同區(qū)域。內(nèi)存的交換與覆蓋覆蓋技術(shù)內(nèi)存交換多個(gè)進(jìn)程可以共享同一塊內(nèi)存區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信和數(shù)據(jù)共享。內(nèi)存共享為了防止不同進(jìn)程相互干擾和破壞，操作系統(tǒng)需要對(duì)內(nèi)存空間進(jìn)行隔離和保護(hù)，確保每個(gè)進(jìn)程只能訪問(wèn)其自己的內(nèi)存空間。內(nèi)存保護(hù)內(nèi)存的共享與保護(hù)04文件系統(tǒng)ABCD文件系統(tǒng)的概念與結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)定義文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件存儲(chǔ)和檢索的軟件架構(gòu)。文件類型常見(jiàn)的文件類型包括普通文件、目錄、鏈接、設(shè)備文件等。文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)通常采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)，根目錄是最高層次的目錄，其他目錄作為根目錄的子節(jié)點(diǎn)。文件屬性文件屬性包括文件名、擴(kuò)展名、大小、創(chuàng)建時(shí)間、訪問(wèn)時(shí)間、修改時(shí)間等。01020304創(chuàng)建文件通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用或圖形用戶界面，用戶可以創(chuàng)建新的空白文件。打開(kāi)文件在打開(kāi)文件之前，需要使用系統(tǒng)調(diào)用或圖形用戶界面指定文件路徑和訪問(wèn)模式（如只讀、讀寫等）。讀寫文件根據(jù)訪問(wèn)模式，用戶可以對(duì)文件進(jìn)行讀取或?qū)懭氩僮?。關(guān)閉文件完成讀寫操作后，應(yīng)關(guān)閉文件以釋放系統(tǒng)資源。文件的創(chuàng)建、打開(kāi)、讀寫與關(guān)閉目錄結(jié)構(gòu)目錄結(jié)構(gòu)定義了文件在文件系統(tǒng)中如何組織。常見(jiàn)的目錄結(jié)構(gòu)包括扁平結(jié)構(gòu)和樹(shù)形結(jié)構(gòu)。路徑名路徑名是用于標(biāo)識(shí)文件的字符串，由一系列目錄名和文件名組成，以斜杠分隔。相對(duì)路徑與絕對(duì)路徑相對(duì)路徑是從當(dāng)前目錄開(kāi)始的路徑，絕對(duì)路徑是從根目錄開(kāi)始的路徑。文件的目錄結(jié)構(gòu)與路徑文件的共享通過(guò)共享文件夾或網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器，不同用戶可以在網(wǎng)絡(luò)上共享文件。文件的保護(hù)通過(guò)設(shè)置權(quán)限和訪問(wèn)控制列表，可以限制對(duì)文件的訪問(wèn)和修改。文件的共享與保護(hù)05設(shè)備管理03設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序的請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為硬件可以執(zhí)行的命令，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的輸入輸出操作。01設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分，用于直接管理和控制硬件設(shè)備。02設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要作用是實(shí)現(xiàn)設(shè)備與應(yīng)用程序之間的通信，提供設(shè)備操作接口，并處理設(shè)備相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的概念與作用設(shè)備的分配是指操作系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)程的請(qǐng)求為其分配所需的硬件資源。當(dāng)進(jìn)程不再需要使用設(shè)備時(shí)，操作系統(tǒng)需要將設(shè)備回收，以便其他進(jìn)程可以使用。設(shè)備的回收包括將設(shè)備資源釋放回系統(tǒng)，并確保進(jìn)程不再擁有對(duì)設(shè)備的控制權(quán)。設(shè)備的分配通常采用靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配兩種方式。靜態(tài)分配是在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)一次性分配所需的設(shè)備資源，而動(dòng)態(tài)分配則是在進(jìn)程運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地為其分配或釋放設(shè)備資源。設(shè)備的分配與回收設(shè)備的輸入輸出方式是指操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸方式。常見(jiàn)的輸入輸出方式包括中斷驅(qū)動(dòng)方式、直接內(nèi)存訪問(wèn)（DMA）方式、流控制傳輸（FC）方式和網(wǎng)絡(luò)傳輸方式等。中斷驅(qū)動(dòng)方式是指當(dāng)設(shè)備完成一項(xiàng)任務(wù)后，通過(guò)中斷信號(hào)通知操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)再根據(jù)中斷信號(hào)處理后續(xù)操作。DMA方式是指通過(guò)使用直接內(nèi)存訪問(wèn)技術(shù)，設(shè)備可以直接與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而不需要經(jīng)過(guò)CPU的干預(yù)。FC方式是指通過(guò)使用流控制技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)傳輸方式是指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。0102030405設(shè)備的輸入輸出方式06用戶界面概念用戶界面是操作系統(tǒng)與用戶之間的交互界面，它提供了一種方式讓用戶能夠與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互。分類用戶界面可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，如命令行界面、圖形用戶界面、網(wǎng)絡(luò)用戶界面和移動(dòng)用戶界面等。用戶界面的概念與分類VS命令行界面是一種基于文本的用戶界面，用戶通過(guò)輸入命令來(lái)與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互。它具有簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn)，但需要用戶具備一定的計(jì)算機(jī)知識(shí)。圖形用戶界面圖形用戶界面是一種基于圖形的用戶界面，用戶通過(guò)圖形化元素來(lái)與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互。它具有直觀、易用的特點(diǎn)，適合廣大用戶使用。命令行界面命令行界面與圖形用戶界面網(wǎng)絡(luò)用戶界面是一種基于Web技術(shù)的用戶