操作系统课件-孟庆昌

操作系统课件-孟庆昌•操作系统概述•进程管理•内存管理•文件系统•设备管理•用户界面01操作系统概述操作系统的定义与功能总结词操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件和应用程序的资源，提供用户与计算机交互的界面详细描述操作系统是计算机系统中的重要组成部分，它负责管理计算机的硬件和软件资源，包括CPU、内存、磁盘、网络等操作系统还负责调度和分配资源，以及控制和管理计算机系统的运行此外，操作系统还提供用户与计算机交互的界面，使用户能够方便地使用计算机操作系统的分类要点一要点二总结词详细描述根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型，如批根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型根据处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作处理方式的不同，操作系统可以分为批处理操作系统和分系统和分布式操作系统等时操作系统批处理操作系统将作业放入磁带或磁盘中，由操作系统统一处理，而分时操作系统允许多个用户同时使用计算机系统此外，根据应用场景的不同，操作系统还可以分为实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等操作系统的基本特征总结词详细描述操作系统的基本特征包括并发性、共享性、虚拟性和不并发性是指多个事件在同一时间发生，操作系统需要同确定性时处理多个任务和事件共享性是指系统中的资源可以被多个进程共享，以提高资源利用率虚拟性是指通过技术手段将物理实体抽象化，为用户提供方便的接口和友好的界面不确定性是指系统中的进程和事件可能会因为各种原因而发生时间和顺序的不确定性02进程管理进程的概念与状态•总结词进程是程序的一次执行，具有动态性、独立性和制约性进程的状态包括新建、就绪、运行和等待四种状态•详细描述进程是程序在计算机上的一次执行活动，它包括程序的代码、数据和系统资源进程具有动态性，即进程可以在执行过程中发生创建、终止等变化进程是独立的，即进程拥有独立的内存空间和系统资源，互不干扰进程之间存在制约关系，需要相互协作完成某些任务进程的状态包括新建、就绪、运行和等待四种状态新建状态的进程正在被创建，还未开始执行；就绪状态的进程已经准备好，等待CPU调度；运行状态的进程正在占用CPU执行；等待状态的进程正在等待某个事件发生，如I/O操作完成进程的创建与终止总结词详细描述进程可以通过系统调用或复制已存在的进程进程的创建可以通过系统调用或复制已存在来创建新进程进程的终止可以通过正常终的进程来实现系统调用通过内核提供的功止或异常终止两种方式实现能来创建新进程，如fork、exec等函数复制已存在的进程则是通过复制现有进程的代码和数据来创建一个新进程，如copy-on-write技术进程的终止可以通过正常终止和异常终止两种方式实现正常终止是进程自愿退出执行，如exit函数；异常终止则是由于某种错误或异常情况导致进程非正常退出，如段错误、非法指令等进程的同步与通信总结词详细描述进程同步是协调多个进程的执行顺序，以避免冲突和进程同步是协调多个进程的执行顺序，以避免冲突和不安全的情况进程通信是实现不同进程之间信息交不安全的情况常见的同步机制包括信号量、互斥量、换的机制条件变量等这些机制可以用来控制对共享资源的访问，保证多个进程之间的正确执行顺序进程通信是实现不同进程之间信息交换的机制，常见的通信方式包括管道、消息队列、信号、共享内存等这些通信方式可以用来实现不同进程之间的数据交换和协作进程的优先级与调度•总结词操作系统的调度程序负责按照一定的优先级调度和执行进程优先级调度算法包括先来先服务、最短作业优先、优先级调度等•详细描述操作系统的调度程序负责按照一定的优先级调度和执行进程优先级调度算法根据不同的标准为各个进程分配优先级，如先来先服务、最短作业优先、优先级调度等先来先服务算法按照进程到达的先后顺序进行调度；最短作业优先算法根据作业的估计运行时间进行调度，运行时间短的作业优先被调度；优先级调度算法根据作业的优先级进行调度，优先级高的作业优先被调度此外，还有轮转法、多级反馈队列等调度算法操作系统的调度程序根据不同的调度算法选择合适的进程进行执行，以保证系统的整体性能和效率03内存管理内存的分配与回收内存的分配为进程分配所需的内存空间，包括代码段、数据段、堆栈段等内存的回收当进程结束或不再需要某些内存空间时，操作系统负责回收这些内存空间，以便重新分配给其他进程内存的交换与覆盖内存交换当系统中的内存空间不足时，操作系统会将部分进程暂时移至磁盘，以便释放出足够的内存空间供其他进程使用内存覆盖为了节省内存空间，操作系统会根据进程的需求和优先级，将部分不常用的数据或代码覆盖掉，从而释放出内存空间内存的保护与共享内存保护为了防止不同进程之间的相互干扰和破坏，操作系统会为每个进程设置独立的内存空间，并限制其访问权限，以确保每个进程只能访问其自己的内存空间内存共享某些进程可能需要共享某些内存空间，例如多个进程需要访问同一个数据结构或文件在这种情况下，操作系统会将这些共享的内存空间设置为可读、可写或可执行，以便多个进程可以同时访问04文件系统文件系统的概念与结构文件系统定义01文件系统是操作系统中用于管理文件存储和检索的软件架构它提供了一种组织数据和程序的方式，使得用户可以方便地创建、删除、修改和查找文件文件系统结构02文件系统通常采用树形结构，根目录是最高层次的目录，其他目录作为根目录的子目录每个目录可以包含文件和子目录，子目录可以嵌套其他目录文件属性03文件系统中的每个文件都有一系列属性，如文件名、扩展名、文件大小、创建时间、修改时间等这些属性用于描述文件的基本信息和特征文件的存储与检索文件存储文件系统负责将文件存储在磁盘上它采用块的概念，将文件分成若干个数据块，并按照一定的规则将这些数据块存储在磁盘上常见的存储方式有连续存储和链式存储文件检索用户可以通过文件名、关键字等条件来查找和访问文件文件系统提供了相应的检索机制，根据用户提供的条件，快速定位到目标文件或目录检索效率是衡量文件系统性能的重要指标之一索引结构为了提高检索效率，文件系统通常采用索引结构，如哈希表、B树等，来存储文件的元数据信息，以便快速定位到目标文件或目录文件的保护与共享文件保护文件系统提供了多种保护机制，以确保文件的完整性和安全性常见的保护措施包括访问控制、加密存储、备份恢复等通过这些措施，可以防止未经授权的访问、修改或删除文件文件共享在多用户或多任务环境下，不同用户或任务之间可能需要共享某些文件文件系统提供了共享机制，使得用户可以方便地共享文件给其他用户或任务同时，为了防止数据冲突和破坏，还需要采取相应的同步和互斥措施05设备管理设备驱动程序设备驱动程序的概念01设备驱动程序是操作系统内核的一部分，用于控制和管理计算机硬件设备它提供了一组函数，应用程序可以通过这些函数与设备进行交互设备驱动程序的分类02根据设备的类型，设备驱动程序可以分为字符设备驱动程序和块设备驱动程序字符设备驱动程序主要用于控制字符流设备，如串口、终端等；块设备驱动程序主要用于控制块设备，如硬盘、闪存等设备驱动程序的设计与实现03设备驱动程序的设计与实现需要深入了解硬件设备的特性、工作原理以及操作系统的内核机制它通常需要使用低级语言（如C语言）编写，并且需要具备较高的系统编程能力设备的分配与回收设备的分配与回收的概设备的分配与回收的方设备的分配与回收的策念式略在操作系统中，当应用程序需要使用设备的分配与回收可以通过静态分配为了实现设备的有效分配与回收，可设备时，操作系统需要为其分配相应和动态分配两种方式实现静态分配以采用多种策略，如先来先服务、最的设备资源当应用程序完成对设备是在应用程序运行前就为其分配好设短作业优先、最高响应比优先等这的操作后，操作系统需要将设备回收，备资源，这种方式简单但不够灵活；些策略各有优缺点，应根据实际需求以便其他应用程序可以使用动态分配是在应用程序运行时根据需选择合适的策略要动态地为其分配设备资源，这种方式更加灵活，但实现起来较为复杂设备的输入与设备的输入与输出的设备的输入与输出的设备的输入与输出的概念方式控制设备的输入与输出是指应用程序通过设备的输入与输出可以通过同步方式为了实现设备的有效输入与输出，可设备从外部获取数据（输入）和向外和异步方式实现同步方式是指应用以采用多种控制方式，如缓冲、差错部发送数据（输出）的过程程序在数据传输完毕前一直等待，这控制、流量控制等这些控制方式可种方式实时性强但效率不高；异步方以提高设备的输入与输出的效率和可式是指应用程序在数据传输期间可以靠性做其他事情，数据传输完毕后再进行处理，这种方式效率高但实时性不强06用户界面用户界面的概念与类型用户界面的概念图形用户界面用户界面是操作系统与用户进行交互使用图形和图标来代表文件、目录和的接口，它允许用户与操作系统进行应用程序，用户通过点击、拖动等操通信，以完成各种任务和操作作来完成任务命令行界面以文本形式提供输入和输出，用户通过输入命令来与操作系统进行交互命令行界面简洁高效命令行界面只提供必要的命令和选项，用户需要了解命令的语法和参数可编程用户可以通过编写脚本或批处理文件来自动化任务命令行界面•学习曲线较陡峭相对于图形用户界面，命令行界面需要用户具备一定的技术背景和经验命令行界面01020304常见的命令行界面Windows命令提示符macOS终端（Terminal）（Command Prompt）Linux终端（Terminal）图形用户界面直观易用图形用户界面使用图形和图标来代表文件、目录和应用程序，用户可以通过点击、拖动等操作来完成任务适合初学者图形用户界面更加友好，不需要太多的技术背景和经验图形用户界面•提供丰富的交互元素图形用户界面提供了菜单、按钮、文本框等交互元素，使用户能够更加方便地进行操作图形用户界面常见的图形用户界面Windows操作系统中的桌面和开始菜单macOS操作系统中的桌面和菜单栏Linux桌面环境中的桌面和面板THANKS感谢观看。