《操作系统原理复习》课件

《操作系统原理复习》ppt课件•操作系统概述•进程管理•内存管理•文件系统目•设备管理•操作系统的安全与保护录contents01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中最重要的系统软件，负责管理和控制计算机硬件与软件资源详细描述操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机硬件与软件资源，包括处理器、内存、文件和设备等操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件管理和设备管理操作系统的分类总结词根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型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根据使用环境，可以分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统根据功能，可以分为单用户操作系统和多用户操作系统根据源代码开放性，可以分为开源操作系统和闭源操作系统操作系统的结构总结词详细描述操作系统的结构是指操作系统各组成部分的操作系统的结构可以分为模块结构、层次结组织方式和相互关系构和微内核结构模块结构将操作系统分为多个模块，每个模块完成特定的功能；层次结构将操作系统分为多个层次，每个层次完成特定的功能，下一层为上一层提供服务；微内核结构将操作系统的核心功能放入内核中，其他功能作为用户态服务运行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、独立性和制约性详细描述进程是程序在计算机上的一次执行过程，它具有动态性，即进程的状态随时间而变化；同时，进程是独立的，拥有自己的内存空间和系统资源；此外，不同进程之间存在制约关系，需要相互协作进程的创建与终止总结词进程可以通过系统调用、库函数或用户程序等方式创建，而终止进程则是因为正常结束、异常结束或系统调用详细描述进程的创建可以通过系统调用、库函数或用户程序等方式实现系统调用提供了一组接口用于创建新进程，库函数则提供了更为高级的接口用户程序也可以通过调用系统调用或库函数来创建新进程当进程完成任务或异常结束时，需要终止进程进程的终止可以通过正常结束、异常结束或系统调用等方式实现进程的同步与通信总结词进程同步是为了协调不同进程间的执行顺序，详细描述进程同步是为了协调不同进程间的执行顺序，而进程间通信则是为了实现不同进程间的信息交换避免出现死锁和饥饿等问题常见的同步机制包括信号量、互斥量、条件变量等这些机制可以用来控制对共享资源的访问，保证多个进程能够安全地共享资源进程间通信（IPC）是为了实现不同进程间的信息交换，使得进程之间能够相互协作完成任务常见的进程间通信方式包括管道、消息队列、信号、共享内存等这些通信方式提供了不同类型的信息交换方式，使得不同进程之间能够更好地协作进程的调度与切换•总结词进程调度是为了确定哪个进程在何时运行，而进程切换则是为了保证多个进程能够并发执行•详细描述进程调度是为了确定哪个进程在何时运行，以及在哪个处理器上运行调度算法可以根据不同的优先级、时间片轮转等方式进行选择调度器会根据调度算法选择下一个要执行的进程，并为其分配处理器当一个进程正在运行时，可能会发生中断或时间片用完等情况，这时需要将当前运行的进程切换出去，让其他等待的进程得以执行进程切换涉及到保存和恢复运行进程的状态信息，以及将处理器切换到新的运行进程切换过程需要快速完成，以保证系统的响应速度和效率03内存管理内存的分配与回收内存的分配在操作系统中，内存的分配主要通过请求分页、请求分段、段页式等机制实现这些机制能够根据程序的运行需求，动态地为其分配内存空间内存的回收当程序不再需要某部分内存时，操作系统需要回收这部分内存，以便重新分配给其他程序常见的内存回收机制包括标记-清除、复制、标记-整理和分页等内存的交换与覆盖内存交换当系统中的物理内存空间不足时，操作系统需要将部分程序暂时移至磁盘上，以便释放出足够的内存空间供其他程序使用这种将程序从内存移至磁盘的过程称为内存交换内存覆盖在多道程序环境下，当新的程序需要装入内存时，如果内存中有部分空间可以满足新程序的需求，那么就可以将新程序装入这些空闲的内存空间中，而不需要将原有的程序移出这种技术称为内存覆盖内存的虚拟化虚拟内存的概念虚拟内存是一种内存管理技术，它使得每个程序都拥有一个连续完整的地址空间通过这种技术，程序可以像访问连续内存一样访问物理内存中的非连续区域虚拟内存的实现虚拟内存的实现主要依赖于页表和TLB（Translation LookasideBuffer）等机制页表用于将虚拟地址转换为物理地址，而TLB则是一个缓存，用于存储最近使用的页表项，以提高地址转换的速度内存的性能优化要点一要点二缓存技术页面置换算法为了提高内存的访问速度，操作系统可以采用缓存技术当系统中的物理内存空间不足时，操作系统需要选择一个当CPU需要访问某个数据时，它首先会查看缓存中是否有页面进行置换常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）、所需的数据如果缓存中没有，CPU会从内存中读取数据最近最少使用（LRU）和最佳置换算法（OPT）等这些并存入缓存，以便下次访问时能够快速获取算法的目标都是尽可能地减少页面置换的次数，从而提高系统的性能04文件系统文件系统的概念与功能文件系统的概念文件系统的功能文件系统是操作系统中用于管理文件存文件系统主要具有存储和管理文件、保护储空间和文件访问控制的一种机制它文件安全、控制文件访问、提供文件共享提供了统一的文件管理界面，方便用户VS等功能对文件进行创建、删除、修改、移动等操作文件的组织与存储文件的组织方式文件系统采用树形结构对文件进行组织，根目录下可以包含多个文件夹，文件夹中可以包含文件和其他文件夹，形成一个层次结构文件的存储方式文件系统将文件存储在磁盘上，采用块为单位对文件进行存储和读取每个块有一定的容量限制，可以存储一部分文件内容文件的访问与控制文件的访问方式用户通过文件系统提供的接口可以对文件进行访问，包括打开、读取、写入、关闭等操作文件的控制权限文件系统对不同用户设置不同的访问权限，包括读、写、执行等权限，以控制用户对文件的访问和操作文件系统的安全与保护文件系统的安全措施文件系统的保护机制为了保护文件的安全，文件系统采取了多种文件系统采用多种机制来保护文件免受损坏安全措施，如加密存储、访问控制、备份恢或丢失，如事务处理、日志记录、快照等复等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，负责与硬件设备进行交互它为应用程序提供了一个统一的接口，使得应用程序可以使用设备而无需了解设备的具体细节设备驱动程序的职责02设备驱动程序负责管理设备的资源，包括内存、中断和I/O端口等它还负责处理设备的请求，并将设备的状态信息报告给操作系统设备驱动程序的设计03设备驱动程序的设计需要考虑设备的特性和操作系统的要求它需要能够快速地响应设备的请求，并确保设备的安全和稳定I/O设备的控制方式程序控制方式中断方式直接内存访问（DMA）通道控制方式方式在这种方式下，应用程序直接在这种方式下，设备在完成操在这种方式下，设备通过DMA在这种方式下，处理器通过通向设备发送控制指令，并等待作后向处理器发送中断信号，控制器与内存进行数据传输，道向设备发送指令和数据，并设备完成操作这种方式简单处理器在收到信号后处理设备而不需要处理器直接参与这由通道控制设备的操作这种但效率低下的操作结果这种方式可以提种方式可以进一步提高效率，方式可以实现高度并行化，但高效率，但仍然存在处理器等但需要设计复杂的硬件和软件需要设计复杂的通道控制程序待设备的问题磁盘调度算法先进先出（FIFO）算法最短寻道时间优先（SSTF）算法按照请求的顺序进行服务，先请求先服务选择距离当前磁头位置最近的请求进行服务扫描算法（SCAN）循环扫描算法（C-SCAN）磁头从一端向另一端移动，并按照请求的与SCAN类似，但当磁头移动到一端后会原顺序进行服务路返回，继续服务请求缓冲技术与设备独立性缓冲技术设备独立性缓冲技术是一种用于减少处理器与设备之间的数据传输设备独立性是指操作系统能够独立于具体的硬件设备进延迟的技术通过在内存中创建缓冲区，处理器可以将行工作通过使用抽象和接口技术，操作系统可以隐藏数据暂存于缓冲区中，并在空闲时将数据传输到设备或硬件设备的具体细节，并为应用程序提供统一的接口从设备传输到缓冲区中这样可以减少处理器等待设备这样应用程序可以使用标准化的接口与硬件设备进行交的时间互，而无需关心具体的硬件实现细节06操作系统的安全与保护操作系统的安全威胁与攻击病毒与蠕虫拒绝服务攻击病毒和蠕虫是常见的恶意软件，拒绝服务攻击通过大量请求拥它们通过复制自身并在系统中塞系统，使合法用户无法访问传播，破坏数据或干扰系统功网络资源能特洛伊木马缓冲区溢出攻击特洛伊木马是一种隐藏在看似缓冲区溢出攻击利用程序中缓无害的应用程序或文件中，旨冲区管理不当的漏洞，使恶意在破坏系统或窃取数据的程序代码执行或获取系统控制权安全策略与机制访问控制数据加密访问控制机制限制对系统资源的访问，数据加密通过将数据转换为不可读的确保只有授权用户能够访问敏感数据格式，保护数据在传输和存储过程中和执行关键操作的机密性安全审计防火墙安全审计通过记录和监控系统活动，防火墙是用于阻止未经授权的网络通发现潜在的安全威胁和违规行为信的系统，通过过滤网络流量来防止恶意软件的入侵安全审计与监控日志记录系统日志记录用户活动、事件和系统状态，以便进行安全审计和事件响应安全审计工具安全审计工具用于收集、分析和报告系统安全性相关的数据，帮助管理员识别潜在的安全风险安全监控安全监控通过实时监测系统活动和网络流量，及时发现异常行为和潜在威胁入侵检测与防御入侵检测系统（IDS）和入侵防御系统（IPS）用于检测和防御恶意攻击，通过实时分析网络流量和系统日志来识别潜在威胁数据加密与解密对称加密非对称加密数据完整性数字签名非对称加密使用不同的密钥对称加密使用相同的密钥进数据完整性通过使用消息摘数字签名使用私钥对消息进进行加密和解密操作，公钥行加密和解密操作，常见的要算法（如SHA-256）确保行签名，验证消息的来源和用于加密数据，私钥用于解对称加密算法包括AES、数据的完整性和一致性，防完整性，确保消息在传输过密数据，常见的非对称加密DES等止数据在传输过程中被篡改程中未被篡改或伪造算法包括RSA、ECC等感谢您的观看THANKS。