《os系統(tǒng)的組成》課件

操作系統(tǒng)的組成操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的重要組成部分，負責管理系統(tǒng)資源，并為應用程序提供運行環(huán)境。什么是操作系統(tǒng)11.管理資源操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心，負責管理硬件資源，包括CPU、內(nèi)存、存儲器和外設(shè)。22.提供接口操作系統(tǒng)為應用程序提供統(tǒng)一的接口，屏蔽硬件差異，簡化應用程序開發(fā)。33.管理進程操作系統(tǒng)負責創(chuàng)建、調(diào)度和管理進程，確保多個進程能夠共享資源，并高效地執(zhí)行任務(wù)。44.保護系統(tǒng)操作系統(tǒng)保護系統(tǒng)資源不被非法訪問，防止惡意程序破壞系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。操作系統(tǒng)的功能管理系統(tǒng)資源包括CPU、內(nèi)存、外設(shè)等，確保高效利用，防止資源沖突。提供用戶接口方便用戶與計算機系統(tǒng)交互，例如圖形界面、命令行界面。保證系統(tǒng)安全防止惡意軟件攻擊、數(shù)據(jù)丟失，保護系統(tǒng)資源和用戶數(shù)據(jù)。管理程序運行加載程序、分配內(nèi)存、執(zhí)行程序，并協(xié)調(diào)不同程序之間的運行。操作系統(tǒng)的分類批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)將作業(yè)以批量的形式提交，系統(tǒng)按順序執(zhí)行作業(yè)，提高了計算機資源利用率，降低了運行成本。分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)將CPU時間分配給多個用戶，每個用戶都能與計算機交互，提高了系統(tǒng)交互性。實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)對事件的響應時間有嚴格要求，主要用于工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)支持計算機之間進行通信，實現(xiàn)資源共享，方便用戶進行數(shù)據(jù)交換，提高了工作效率。操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1內(nèi)核操作系統(tǒng)核心，負責管理系統(tǒng)資源2系統(tǒng)調(diào)用接口用戶程序與內(nèi)核交互的橋梁3系統(tǒng)程序提供系統(tǒng)級服務(wù)，如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理4用戶程序運行在操作系統(tǒng)之上，完成用戶任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核是核心組件，負責管理所有系統(tǒng)資源，如內(nèi)存、CPU、設(shè)備等。系統(tǒng)調(diào)用接口為用戶程序提供了與內(nèi)核交互的機制，以便訪問系統(tǒng)資源。系統(tǒng)程序提供更高級別的服務(wù)，例如文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理。用戶程序是在操作系統(tǒng)上運行的應用程序，負責完成用戶任務(wù)。進程管理進程管理概述進程管理是操作系統(tǒng)核心組件之一。負責創(chuàng)建、調(diào)度、同步和終止進程。進程管理確保系統(tǒng)高效利用CPU和其他資源。進程的定義及狀態(tài)進程定義進程是操作系統(tǒng)分配資源的基本單位。它是一個正在執(zhí)行的程序，包含程序代碼、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資源等內(nèi)容。進程狀態(tài)就緒狀態(tài)：等待分配CPU資源運行狀態(tài)：正在執(zhí)行阻塞狀態(tài)：等待事件完成創(chuàng)建狀態(tài)：創(chuàng)建進程終止狀態(tài)：進程結(jié)束進程調(diào)度算法先到先服務(wù)(FCFS)最早提交的進程首先獲得處理器，簡單易行。優(yōu)先級調(diào)度(Priority)根據(jù)進程優(yōu)先級分配處理器，高優(yōu)先級進程優(yōu)先運行。時間片輪轉(zhuǎn)(RoundRobin)每個進程輪流獲得處理器時間片，適合多用戶系統(tǒng)。最短作業(yè)優(yōu)先(SJF)選擇預計運行時間最短的進程優(yōu)先運行，提高系統(tǒng)吞吐量。線程管理線程定義線程是進程中的一個執(zhí)行單元，可以獨立運行。線程共享進程的地址空間和資源。線程優(yōu)點提高程序效率，允許多個任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。降低程序復雜度，簡化程序設(shè)計和調(diào)試。內(nèi)存管理11.分配內(nèi)存操作系統(tǒng)負責分配和管理內(nèi)存資源，為不同的進程分配適當?shù)膬?nèi)存空間。22.內(nèi)存保護內(nèi)存保護機制可以防止進程訪問其他進程的內(nèi)存空間，確保系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。33.內(nèi)存共享操作系統(tǒng)允許進程之間共享內(nèi)存，提升效率并簡化進程間通信。44.內(nèi)存回收當進程結(jié)束或不再需要內(nèi)存空間時，操作系統(tǒng)會回收分配給它的內(nèi)存。虛擬內(nèi)存技術(shù)虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存技術(shù)將主存與輔助存儲器結(jié)合，為程序提供更大的地址空間。它允許程序使用比物理內(nèi)存更大的內(nèi)存空間。分頁分頁是將邏輯地址空間分成固定大小的頁面，物理內(nèi)存也分成相同大小的頁框，頁面和頁框一一對應，實現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換。頁面置換當需要訪問不在內(nèi)存中的頁面時，操作系統(tǒng)會將部分內(nèi)存頁面換出到磁盤，并將所需的頁面調(diào)入內(nèi)存。文件管理文件存儲操作系統(tǒng)負責管理文件系統(tǒng)，存儲數(shù)據(jù)。文件系統(tǒng)組織文件，為用戶提供訪問方式。文件訪問用戶通過操作系統(tǒng)接口訪問文件，進行創(chuàng)建、刪除、修改等操作。安全保護文件管理系統(tǒng)確保文件安全，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和修改。文件共享操作系統(tǒng)支持不同用戶共享文件，提高資源利用率。文件系統(tǒng)的邏輯組成1目錄結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)采用樹形結(jié)構(gòu)，組織和管理文件和目錄。每個目錄都可以包含其他目錄和文件。這種結(jié)構(gòu)便于用戶組織文件。2文件元數(shù)據(jù)每個文件都包含元數(shù)據(jù)，提供有關(guān)文件的信息，例如文件大小、創(chuàng)建時間、訪問權(quán)限等。這些信息幫助用戶管理文件。3存儲分配文件系統(tǒng)負責分配磁盤空間，將文件存儲在磁盤上。它采用不同的分配策略，例如連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配。設(shè)備管理硬件資源管理操作系統(tǒng)管理著計算機系統(tǒng)中的硬件設(shè)備，例如CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)接口等。設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的橋梁，它負責與硬件設(shè)備進行交互，并將硬件設(shè)備抽象成操作系統(tǒng)可以理解的形式。設(shè)備分配和共享操作系統(tǒng)負責管理和分配設(shè)備資源，確保多個應用程序和用戶可以共享設(shè)備資源。設(shè)備安全和保護操作系統(tǒng)負責保護硬件設(shè)備免受惡意軟件和非授權(quán)訪問的攻擊。設(shè)備驅(qū)動程序11.硬件接口驅(qū)動程序充當操作系統(tǒng)和硬件之間的橋梁，提供與硬件交互的接口。22.硬件抽象驅(qū)動程序隱藏硬件的復雜細節(jié)，為應用程序提供統(tǒng)一的接口。33.資源管理驅(qū)動程序管理硬件資源，如內(nèi)存、中斷和I/O端口。44.錯誤處理驅(qū)動程序負責處理硬件錯誤，并通知操作系統(tǒng)。輸入/輸出管理設(shè)備驅(qū)動程序輸入/輸出管理的核心是設(shè)備驅(qū)動程序，負責管理特定硬件設(shè)備。它提供了軟件接口，允許應用程序與硬件交互，并管理數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸輸入/輸出管理負責將數(shù)據(jù)從應用程序傳遞到硬件設(shè)備，或從硬件設(shè)備傳遞到應用程序。它管理數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，確保數(shù)據(jù)正確傳輸。中斷處理當設(shè)備完成操作時，它會向操作系統(tǒng)發(fā)送中斷信號。輸入/輸出管理負責處理這些中斷，并通知應用程序設(shè)備已經(jīng)完成操作。系統(tǒng)安全與保護安全威脅操作系統(tǒng)面臨各種安全威脅，例如病毒、惡意軟件、黑客攻擊等。安全威脅可能導致數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)崩潰或資源被盜。安全措施為了保障系統(tǒng)安全，操作系統(tǒng)采用各種安全措施，例如訪問控制、身份驗證、加密、防火墻等。安全措施旨在阻止未經(jīng)授權(quán)的訪問、保護數(shù)據(jù)機密性、完整性和可用性。用戶界面交互方式用戶通過界面與操作系統(tǒng)進行交互，包括鼠標、鍵盤等輸入設(shè)備。圖形元素界面包含圖標、窗口、菜單等圖形元素，幫助用戶直觀地操作系統(tǒng)。視覺呈現(xiàn)用戶界面通過視覺呈現(xiàn)信息，提供用戶友好的操作體驗。圖形用戶界面圖形用戶界面(GUI)使用圖形元素，例如圖標、菜單和窗口，使操作更直觀。用戶通過鼠標、鍵盤等交互設(shè)備與界面進行交互，提高了操作系統(tǒng)的易用性。GUI廣泛應用于現(xiàn)代計算機系統(tǒng)，例如Windows、macOS和Linux等。命令行界面命令行界面（CLI）是一種以文本方式與計算機交互的界面。用戶通過輸入命令來控制計算機執(zhí)行特定操作。CLI通常用于系統(tǒng)管理員、程序員和其他需要進行高級操作的用戶。它提供了一種更靈活、更強大的方式來與計算機交互。實時操作系統(tǒng)實時性實時操作系統(tǒng)需要在嚴格的時間約束內(nèi)響應事件，并完成指定的任務(wù)。應用場景實時操作系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。關(guān)鍵特性實時操作系統(tǒng)通常具有高可靠性、低延遲、高效率等特點。內(nèi)核設(shè)計實時操作系統(tǒng)內(nèi)核通常采用微內(nèi)核或混合內(nèi)核設(shè)計，以滿足實時性的需求。嵌入式操作系統(tǒng)資源受限嵌入式系統(tǒng)通常具有有限的內(nèi)存、存儲和處理能力。專用性它們通常設(shè)計用于執(zhí)行特定任務(wù)，例如控制設(shè)備或管理網(wǎng)絡(luò)。實時性它們必須對事件做出快速響應，以確保系統(tǒng)按預期運行?？煽啃郧度胧较到y(tǒng)必須高度可靠，以避免故障導致設(shè)備損壞或數(shù)據(jù)丟失。分布式操作系統(tǒng)分布式資源多個計算機系統(tǒng)組成一個整體，共享資源。高可用性提高系統(tǒng)可靠性，容錯性，提供持續(xù)服務(wù)。并行處理將任務(wù)分解到多個節(jié)點，提高效率。并行操作系統(tǒng)定義并行操作系統(tǒng)允許在同一時間內(nèi)執(zhí)行多個任務(wù)，通過多處理器的使用，提升計算能力。優(yōu)點可以提高系統(tǒng)吞吐量，縮短任務(wù)執(zhí)行時間，并提升資源利用率。特點需要特殊的硬件架構(gòu)，例如多處理器系統(tǒng)或集群，才能實現(xiàn)并行計算。應用廣泛應用于高性能計算、科學模擬、大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域。多處理器操作系統(tǒng)定義多處理器操作系統(tǒng)可以同時運行多個處理器，每個處理器都能夠獨立執(zhí)行任務(wù)。多處理器系統(tǒng)可以顯著提高系統(tǒng)性能，因為多個處理器可以并行處理多個任務(wù)。操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程早期操作系統(tǒng)20世紀50年代，出現(xiàn)批處理操作系統(tǒng)，提高了計算機利用率，但缺乏交互性。分時操作系統(tǒng)20世紀60年代，分時操作系統(tǒng)應運而生，實現(xiàn)了多用戶共享資源，并提供了交互式界面。實時操作系統(tǒng)20世紀70年代，實時操作系統(tǒng)出現(xiàn)，專門用于控制工業(yè)設(shè)備或其他實時系統(tǒng)。個人計算機操作系統(tǒng)20世紀80年代，個人計算機操作系統(tǒng)興起，如MS-DOS和Apple操作系統(tǒng)，為個人電腦用戶提供了方便易用的界面。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)20世紀90年代，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)發(fā)展迅速，如WindowsNT和Unix，支持網(wǎng)絡(luò)連接和資源共享。移動操作系統(tǒng)21世紀，移動操作系統(tǒng)成為主流，如Android和iOS，為智能手機和平板電腦提供了強大的功能和用戶體驗。未來操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢云計算與云操作系統(tǒng)云計算將成為未來操作系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一，云操作系統(tǒng)將提供更加靈活、可擴展和按需付費的資源管理和服務(wù)模式。人工智能與操作系統(tǒng)人工智能技術(shù)將與操作系統(tǒng)深度融合，帶來更智能、更個性化的用戶體驗，例如智能助手、自動任務(wù)管理和安全防護。虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)將為操作系統(tǒng)帶來全新的用戶界面和交互方式，為用戶提供更沉浸式和互動式的體驗。物聯(lián)網(wǎng)與操作系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及將對操作系統(tǒng)提出新的挑戰(zhàn)和機遇，例如如何管理海量設(shè)備、保證實時性和安全性。操作系統(tǒng)的選擇硬件兼容性確保操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備相兼容，例如CPU、內(nèi)存、硬盤、顯卡等。軟件支持選擇一個支持您需要的軟件和應用程序的操作系統(tǒng)，例如辦公軟件、開發(fā)工具、游戲等。安全性和穩(wěn)定性選擇一個安全可靠的操作系統(tǒng)，可以有效地保護您的數(shù)據(jù)和隱私。用戶界面選擇一個擁有友好的用戶界面，并符合您的使用習慣的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的應用案例11.桌面操作系統(tǒng)Windows、macOS、Linux等操作系統(tǒng)提供用戶友好的界面和豐富的應用程序，廣泛應用于個人電腦和筆記本電腦。22.移動操作系統(tǒng)Android、iOS