現(xiàn)代操作系統(tǒng)課件VIP

現(xiàn)代操作系統(tǒng)概論操作系統(tǒng)的定義和功能管理計算機硬件資源，如CPU、內(nèi)存、磁盤和外設(shè)。提供用戶界面，方便用戶使用計算機。提供程序運行環(huán)境，支持應(yīng)用程序的執(zhí)行。操作系統(tǒng)的分類與發(fā)展歷程1現(xiàn)代操作系統(tǒng)Windows,Linux,macOS2多用戶操作系統(tǒng)UNIX,Multics3批處理操作系統(tǒng)IBM1401,OS/3604單用戶操作系統(tǒng)MS-DOS,CP/M操作系統(tǒng)的基本組成1內(nèi)核操作系統(tǒng)的核心，管理系統(tǒng)資源，控制硬件。2系統(tǒng)調(diào)用接口應(yīng)用程序與內(nèi)核交互的橋梁，提供系統(tǒng)服務(wù)。3系統(tǒng)程序輔助內(nèi)核完成系統(tǒng)管理任務(wù)，如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)。操作系統(tǒng)的核心概念進程一個正在執(zhí)行的程序的實例，是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位。線程進程中的一個執(zhí)行單元，共享進程的資源，但擁有自己的執(zhí)行棧和程序計數(shù)器。內(nèi)存管理管理計算機內(nèi)存資源，分配和回收內(nèi)存空間，提供虛擬內(nèi)存等機制。文件管理管理存儲在磁盤上的文件和目錄，提供文件訪問和操作接口。進程管理進程管理是操作系統(tǒng)中最重要的功能之一，負責(zé)創(chuàng)建、調(diào)度和終止進程，以及分配和管理進程所需的系統(tǒng)資源。進程創(chuàng)建創(chuàng)建新進程的步驟包括：分配進程ID、分配內(nèi)存空間、加載程序代碼和數(shù)據(jù)。進程調(diào)度進程調(diào)度算法決定了哪個進程應(yīng)該獲得CPU資源，以最大程度地利用CPU時間，并提高系統(tǒng)性能。進程終止進程終止時，操作系統(tǒng)會釋放進程占用的所有資源，并將進程狀態(tài)設(shè)置為已終止。進程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換1就緒狀態(tài)進程已準(zhǔn)備就緒，等待分配CPU2運行狀態(tài)進程正在執(zhí)行3阻塞狀態(tài)進程等待某個事件，例如I/O完成進程調(diào)度算法先來先服務(wù)(FCFS)按照進程到達的順序進行調(diào)度，簡單易實現(xiàn)，但可能導(dǎo)致短作業(yè)長時間等待，不公平。最短作業(yè)優(yōu)先(SJF)優(yōu)先調(diào)度預(yù)計執(zhí)行時間最短的進程，可以提高系統(tǒng)吞吐量，但需要提前知道作業(yè)長度，難以預(yù)測。優(yōu)先級調(diào)度根據(jù)進程優(yōu)先級進行調(diào)度，優(yōu)先級高的進程優(yōu)先執(zhí)行，可以滿足重要任務(wù)的快速執(zhí)行，但需要合理設(shè)置優(yōu)先級。時間片輪轉(zhuǎn)將CPU時間分成時間片，每個進程輪流執(zhí)行一個時間片，適合交互式系統(tǒng)，但可能存在時間片過長或過短的問題。并發(fā)與同步并發(fā)多個進程或線程同時運行，但實際上可能交替執(zhí)行。同步多個進程或線程訪問共享資源時，需要協(xié)調(diào)它們的訪問，確保數(shù)據(jù)一致性。臨界區(qū)與互斥機制臨界區(qū)共享資源的代碼段，多個進程需要訪問，必須互斥訪問，避免數(shù)據(jù)競爭。互斥機制確保一次只有一個進程訪問臨界區(qū)，通過信號量、鎖等機制實現(xiàn)。內(nèi)存管理內(nèi)存管理是操作系統(tǒng)最重要的功能之一，負責(zé)分配、管理和回收系統(tǒng)內(nèi)存資源。內(nèi)存分配操作系統(tǒng)負責(zé)將內(nèi)存分配給不同的進程和程序。內(nèi)存保護操作系統(tǒng)確保每個進程只能訪問分配給它的內(nèi)存區(qū)域，防止其他進程的干擾。虛擬內(nèi)存技術(shù)擴大地址空間虛擬內(nèi)存允許程序使用比物理內(nèi)存更大的地址空間，從而可以運行更大的程序。多任務(wù)處理虛擬內(nèi)存允許多個進程共享物理內(nèi)存，提高內(nèi)存利用率。內(nèi)存保護虛擬內(nèi)存提供了內(nèi)存保護機制，防止一個進程訪問另一個進程的內(nèi)存空間。文件管理文件管理是操作系統(tǒng)的重要功能之一，負責(zé)管理和組織存儲在計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和程序。文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)使用文件系統(tǒng)來組織文件，并提供對文件的訪問控制。文件操作操作系統(tǒng)提供創(chuàng)建、刪除、讀寫、復(fù)制、移動、重命名等文件操作。文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹形結(jié)構(gòu)大多數(shù)文件系統(tǒng)采用樹形結(jié)構(gòu)，以目錄為節(jié)點，文件為葉子節(jié)點。層次結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)以層次結(jié)構(gòu)組織文件，方便用戶管理和訪問。網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)分布式文件系統(tǒng)允許用戶訪問不同位置的網(wǎng)絡(luò)資源。文件系統(tǒng)操作1創(chuàng)建和刪除文件文件系統(tǒng)提供創(chuàng)建新文件和刪除現(xiàn)有文件的操作。2打開和關(guān)閉文件打開文件以進行讀寫操作，關(guān)閉文件釋放資源。3讀寫文件從文件讀取數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)到文件。4重命名和移動文件修改文件名稱或?qū)⑽募浦敛煌恢谩］斎胼敵龉芾聿僮飨到y(tǒng)管理和控制計算機系統(tǒng)的所有資源，包括輸入輸出設(shè)備。輸入輸出管理是操作系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，負責(zé)協(xié)調(diào)和控制硬件與軟件之間的交互，有效利用設(shè)備資源。設(shè)備驅(qū)動程序連接硬件和軟件的橋梁，提供統(tǒng)一的接口，屏蔽硬件差異。設(shè)備分配分配和釋放硬件設(shè)備，確保不同應(yīng)用程序能夠安全訪問設(shè)備資源。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)管理緩沖區(qū)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，避免CPU等待I/O操作。設(shè)備管理硬件管理管理計算機系統(tǒng)中的硬件資源，例如CPU、內(nèi)存、磁盤和外設(shè)。驅(qū)動程序管理負責(zé)加載、卸載和管理設(shè)備驅(qū)動程序，以使操作系統(tǒng)能夠與硬件設(shè)備進行交互。設(shè)備分配分配和管理設(shè)備資源，例如打印機、掃描儀和網(wǎng)絡(luò)接口，以供多個進程共享。設(shè)備訪問控制控制對設(shè)備的訪問權(quán)限，以確保數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)穩(wěn)定性。磁盤管理1數(shù)據(jù)存儲磁盤管理負責(zé)數(shù)據(jù)的存儲和檢索。2文件系統(tǒng)它管理文件系統(tǒng)，包括文件分配和組織。3物理磁盤它負責(zé)分配磁盤空間和管理物理磁盤。4性能優(yōu)化通過磁盤調(diào)度算法提升磁盤性能。安全性與保護機制操作系統(tǒng)必須提供安全機制，防止惡意用戶或程序破壞系統(tǒng)或其他用戶的資源。訪問控制限制用戶對系統(tǒng)資源的訪問權(quán)限。權(quán)限管理分配不同用戶或進程不同的操作權(quán)限。數(shù)據(jù)加密保護敏感數(shù)據(jù)的機密性。安全審計跟蹤系統(tǒng)活動，記錄安全事件。訪問控制與權(quán)限管理用戶身份驗證確保用戶是他們聲稱的人，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。資源訪問控制限制用戶對系統(tǒng)資源（如文件、文件夾、程序）的訪問權(quán)限。權(quán)限管理分配不同的訪問權(quán)限給不同的用戶或用戶組。操作系統(tǒng)的引導(dǎo)啟動操作系統(tǒng)引導(dǎo)啟動是計算機啟動時執(zhí)行的第一步，它加載并初始化操作系統(tǒng)，為用戶提供一個可用的系統(tǒng)環(huán)境。1啟動引導(dǎo)計算機加電后，BIOS程序會讀取主引導(dǎo)記錄（MBR），并加載引導(dǎo)加載程序（BootLoader）。2操作系統(tǒng)加載引導(dǎo)加載程序會將操作系統(tǒng)內(nèi)核加載到內(nèi)存中，并開始執(zhí)行系統(tǒng)初始化操作。3系統(tǒng)初始化操作系統(tǒng)會初始化內(nèi)存、硬件設(shè)備、文件系統(tǒng)等，并準(zhǔn)備用戶界面，完成系統(tǒng)啟動過程。操作系統(tǒng)的安裝與配置下載安裝包從官方網(wǎng)站或可靠來源下載操作系統(tǒng)安裝包。啟動安裝程序?qū)惭b包刻錄到光盤或使用USB啟動盤，然后啟動安裝程序。分區(qū)和格式化根據(jù)需要對硬盤進行分區(qū)和格式化，分配適當(dāng)?shù)目臻g給操作系統(tǒng)和其他數(shù)據(jù)。安裝操作系統(tǒng)選擇語言、時間區(qū)域等設(shè)置，并按照提示進行安裝過程。配置基本設(shè)置完成安裝后，配置基本設(shè)置，例如用戶帳戶、網(wǎng)絡(luò)連接和驅(qū)動程序。Windows操作系統(tǒng)概述Windows是全球最流行的操作系統(tǒng)之一，擁有龐大的用戶群和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。圖形用戶界面Windows以其直觀的圖形用戶界面而聞名，易于學(xué)習(xí)和使用。豐富的應(yīng)用程序Windows擁有龐大的軟件庫，涵蓋各種領(lǐng)域，滿足用戶的不同需求。Windows進程管理創(chuàng)建進程Windows使用CreateProcess函數(shù)創(chuàng)建進程，指定可執(zhí)行文件和參數(shù)。內(nèi)存管理Windows采用分頁式內(nèi)存管理，為每個進程分配獨立的虛擬地址空間。線程管理Windows支持多線程編程，允許在單個進程中創(chuàng)建多個線程，提高效率。Windows內(nèi)存管理分頁式內(nèi)存管理Windows使用分頁式內(nèi)存管理，將物理內(nèi)存劃分成固定大小的頁面，并將虛擬內(nèi)存劃分為同樣大小的頁框。虛擬內(nèi)存Windows使用虛擬內(nèi)存來擴展可用內(nèi)存，允許程序使用超過物理內(nèi)存的內(nèi)存空間。內(nèi)存保護機制Windows提供內(nèi)存保護機制，防止程序訪問其他程序的內(nèi)存空間，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。Windows文件系統(tǒng)NTFS新技術(shù)文件系統(tǒng)(NTFS)是Windows的主要文件系統(tǒng)，它提供高級功能，例如：文件和文件夾權(quán)限磁盤配額壓縮文件加密文件FAT32文件分配表(FAT32)是一種較舊的文件系統(tǒng)，主要用于閃存設(shè)備，例如：USB閃存盤SD卡Windows設(shè)備驅(qū)動程序硬件抽象層Windows設(shè)備驅(qū)動程序充當(dāng)操作系統(tǒng)和硬件之間的橋梁，提供硬件抽象層，簡化應(yīng)用程序與設(shè)備的交互。驅(qū)動程序類型Windows支持多種類型的驅(qū)動程序，包括設(shè)備驅(qū)動程序、系統(tǒng)驅(qū)動程序、虛擬機驅(qū)動程序等，滿足不同硬件設(shè)備的需求。驅(qū)動程序開發(fā)Windows提供豐富的驅(qū)動程序開發(fā)工具和文檔，支持使用C++和C#等語言開發(fā)驅(qū)動程序，并提供調(diào)試和測試工具。Linux操作系統(tǒng)概述Linux是一款自由和開源的操作系統(tǒng)，在服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)和桌面環(huán)境中廣泛使用。它以其穩(wěn)定性、安全性、靈活性和強大的社區(qū)支持而聞名。1內(nèi)核Linux內(nèi)核是系統(tǒng)的核心，負責(zé)管理系統(tǒng)資源，如內(nèi)存、處理器和外設(shè)。2用戶空間用戶空間包含用戶程序和應(yīng)用程序，以及與內(nèi)核交互的系統(tǒng)調(diào)用接口。3GNU工具集GNU工具集提供了一套基本的命令行工具和庫，用于構(gòu)建和管理Linux系統(tǒng)。Linux進程管理進程樹結(jié)構(gòu)Linux使用樹形結(jié)構(gòu)組織進程，每個進程都有一個父進程，可以派生子進程，形成一個樹狀的進程關(guān)系。進程調(diào)度Linux內(nèi)核使用多種調(diào)度算法來分配CPU時間，確保所有進程都能得到公平的運行機會。進程間通信Linux提供多種機制，允許進程之間相互傳遞信息和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)協(xié)作和數(shù)據(jù)共享。Linux內(nèi)存管理虛擬內(nèi)存Linux使用虛擬內(nèi)存技術(shù)，將物理內(nèi)存擴展到磁盤空間。進程地址空間每個進程擁有獨立的虛擬地址空間，防止相互干擾。頁面置換算法使用LRU等算法，選擇最少使用的頁面進行替換。Linux文件系統(tǒng)1層次結(jié)構(gòu)Linux文件系統(tǒng)采用樹狀結(jié)構(gòu)，以根目錄（/）為起點，包含各種子目錄和文件。2虛擬文件系統(tǒng)（VFS）VFS提供一個統(tǒng)一的接口，使應(yīng)用程序可以訪問不同類型的