华中科技大学操作系统课件全集

华中科技大学操作系统课件全集本课件涵盖操作系统课程核心概念，包括进程管理、内存管理、文件系统、死锁、安全等内容旨在帮助学生深入理解操作系统的基本原理和运行机制，并掌握相关技术应用操作系统概述操作系统是计算机系统中最重要的系统软件之一，它负责管理和控制计算机的硬件资源，并为应用程序提供运行环境操作系统是连接硬件和软件的桥梁，它屏蔽了硬件的复杂性，为用户提供简单易用的操作界面操作系统的功能和目标资源管理用户接口多任务处理操作系统管理和分配计算机资源，包操作系统提供用户界面，方便用户与操作系统允许多个程序同时运行，提括CPU、内存、磁盘和外设计算机交互，执行命令和程序高计算机效率操作系统的分类批处理操作系统分时操作系统

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2.12批处理操作系统将作业按分时操作系统将时间分成顺序执行，适合执行大量时间片，让多个用户共享重复任务系统资源，提高效率实时操作系统网络操作系统

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4.34实时操作系统能及时响应网络操作系统管理网络资外部事件，应用于工业控源，支持分布式应用，例制、航空航天等领域如Windows Server操作系统的发展历程第一代1批处理系统第二代2分时系统第三代3多用户系统第四代4分布式系统第五代5网络操作系统操作系统经历了漫长的发展过程，从最初的批处理系统到现代的网络操作系统，每一代操作系统都带来了新的功能和特性，满足了不断增长的用户需求现代操作系统已经成为计算机系统的重要组成部分，为用户提供强大的计算能力和高效的资源管理计算机硬件基础中央处理器内存CPU RAMCPU是计算机的大脑，负责RAM是计算机的临时存储器，执行指令，控制数据流和运用于存放正在运行的程序和算逻辑数据，速度快但容量有限硬盘输入输出设备HDD/SSD/硬盘是计算机的长期存储器，输入/输出设备用于向计算机用于存放操作系统、程序和输入数据或从计算机输出数数据文件，容量大但速度慢据，例如键盘、鼠标、显示器、打印机等操作系统的体系结构操作系统的体系结构是指操作系统内部各组件的组织方式和相互关系常见体系结构包括单内核、微内核、混合内核和基于进程的体系结构等不同的体系结构对系统性能、安全性和可扩展性等方面有不同的影响进程管理进程的定义进程管理的作用一个正在执行的程序的实例它是操作系统分配资源的基负责创建、终止、挂起和恢复进程本单位管理进程间的通信和同步，协调进程对共享资源的访问进程拥有自己的地址空间、内存资源、文件资源和安全属性进程的状态新建状态运行状态进程刚被创建，尚未分配资源进程已获得CPU时间片，正在执行就绪状态阻塞状态进程已准备好运行，但尚未获得CPU进程因等待某种事件（如I/O操作）而被阻塞进程调度算法先到先服务最短作业优先优先级调度算法时间片轮转FCFS SJFRR最简单的调度算法，按进程选择执行时间最短的进程，根据进程优先级进行调度，将时间划分为时间片，每个到达的顺序进行调度可提高系统吞吐量优先级高的进程优先执行进程轮流执行一个时间片进程同步机制信号量管程互斥锁信号量是一种用于进程同步的机制，管程是一种高级同步机制，它通过封互斥锁确保一次只有一个进程可以访它通过计数器来管理对共享资源的访装数据和操作来简化同步操作问共享资源，防止数据竞争问死锁概念和产生条件概念产生条件

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2.12死锁是指多个进程因竞争死锁的产生需要满足以下资源而相互等待，导致所四个条件互斥条件、请有进程都无法继续执行的求和保持条件、不可剥夺现象条件和循环等待条件举例危害

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4.34例如，两个进程分别请求死锁会导致系统资源浪费，对方持有的资源，而无法降低系统吞吐量，甚至导获得，就会发生死锁致系统崩溃死锁的预防和避免预防死锁避免死锁预防死锁的策略是通过限制系统资源的访问来防止死锁的避免死锁的策略是在资源分配时进行动态检查，以避免进发生入死锁状态•剥夺互斥条件•银行家算法•破坏占有和等待条件•资源分配图算法•打破循环等待条件内存管理概述内存管理是操作系统的重要组成部分，负责分配和回收内存资源，确保程序高效运行内存管理的目标包括有效利用内存空间、防止程序相互干扰、简化用户编程连续内存分配方式单一连续分配固定分区分配可变分区分配整个内存空间只分配给一个进程，将内存划分成若干个大小固定的内存分配大小可变，根据进程需简单易实现，但内存利用率低，分区，每个分区只能分配给一个求进行分配，提高了内存利用率，难以满足多个进程同时运行的需进程，提高了内存利用率，但可但会带来内存碎片问题求能导致内存碎片非连续内存分配方式分页存储分段存储

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2.12将逻辑地址空间划分为大小将程序逻辑地址空间划分为相等的页面，物理地址空间多个段，段的大小可变，每划分为大小相等的页框，页个段对应一个物理地址空间面与页框之间一一对应的段每个段对应一个物理地址空间的段段页式存储基址寄存器

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4.34结合分页和分段两种方式，用来记录每个程序或进程在逻辑地址空间被划分为若干内存中的起始地址个段，每个段又进一步被划分为大小相等的页面虚拟内存技术虚拟内存概念优点虚拟内存技术允许程序使用超过物理•支持多道程序设计，提高内存内存大小的地址空间它通过将程序利用率代码和数据存储在磁盘上，并使用页•扩展了程序的地址空间，提高面调度技术将需要访问的页面加载到程序性能物理内存中，从而实现更大的地址空•增强了系统安全性，防止程序间之间相互影响页面置换算法先进先出（）最近最少使用（）最佳置换算法FIFO LRUFIFO算法是最简单的页面置换算法之LRU算法是一种更有效的算法，它根最佳置换算法能够预测未来将要访问一它根据页面进入内存的顺序来选据页面最后一次被访问的时间来选择的页面，并选择最不可能被访问的页择要替换的页面要替换的页面面进行替换文件管理概述文件管理是操作系统的重要组成部分它负责管理计算机系统中的所有文件，包括创建、删除、修改、存储和检索文件文件管理系统提供用户友好的接口，方便用户访问和操作文件它还可以确保文件数据安全，防止数据丢失或损坏文件的组成和属性文件名文件大小用于识别和访问文件，由文件名和扩展名表示文件所占用的存储空间大小，以字节组成为单位创建时间文件所有者记录文件被创建的时间，用于追踪文件历指创建或拥有该文件的用户，决定文件访史问权限目录结构树形结构线性结构树形结构是一种常见的目录线性结构是一种简单的目录结构，它将文件系统组织成结构，它将文件系统组织成一个树状结构，根目录是树一个线性列表，每个文件或的根节点，每个分支代表一目录都有一个唯一的编号或个子目录名称图形结构图形结构是一种灵活的目录结构，它允许文件和目录之间建立任意关系，例如链接和别名文件系统的实现文件系统结构目录管理存储空间管理文件系统接口文件系统由多个层次结构组目录管理负责管理文件目录存储空间管理分配和回收磁文件系统提供接口供应用程成，包括逻辑文件组织、物结构，提供文件查找、创建、盘空间，采用不同的数据分序访问，包括打开、关闭、理存储组织、目录管理等删除等操作配方式，如连续分配、链接读写、定位等操作分配等子系统I/OI/O子系统是操作系统的重要组成部分，负责管理计算机系统中的所有输入输出设备它为应用程序提供统一的接口，屏蔽设备的硬件差异，提高系统效率外设的管理和访问控制外设管理访问控制操作系统负责管理系统中所有外设包括识别外设、分配为了确保系统安全，操作系统要控制用户和进程对外设的资源和协调外设访问不同类型的外设，如磁盘、打印机访问权限这包括验证用户身份、检查权限和限制对敏感和网络接口，需要不同的管理策略设备的访问磁盘管理磁盘分区将物理磁盘划分为多个逻辑分区，方便管理和分配空间文件系统组织和管理磁盘上的文件和目录，提供访问和存储接口磁盘优化通过碎片整理、磁盘碎片整理和磁盘缓存来提高磁盘性能存储器管理存储器的层次结构内存分配策略

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2.12存储器管理的核心任务是主要包括连续分配、分页、有效地管理不同层次的存分段和虚拟内存技术，不储器，例如主存、高速缓同策略各有优劣，需要根存和外存，以提高程序执据具体情况选择行效率存储器保护机制内存管理算法

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4.34为了防止程序之间的相互例如页面置换算法和内存干扰，操作系统需要实施碎片整理算法，这些算法存储器保护机制，例如地旨在优化内存使用，提高址空间隔离、权限控制等系统性能系统安全与保护访问控制数据加密访问控制机制确保系统资源使用加密算法对敏感数据进仅被授权用户访问，有效防行加密，防止数据被窃取或止未经授权的访问和操作篡改，确保数据安全安全漏洞修复用户身份验证定期更新系统和软件，修复通过用户名、密码或其他身已知的安全漏洞，防止恶意份验证方式验证用户身份，攻击和入侵确保系统访问者合法性操作系统性能评估指标描述吞吐量单位时间内系统完成的任务数量响应时间系统对请求做出响应的时间CPU利用率CPU处于繁忙状态的时间百分比内存利用率内存被使用的比例磁盘I/O速度磁盘读取和写入数据的速度操作系统的发展趋势云计算移动设备

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2.12云计算环境正在改变操作移动设备操作系统需要低系统的设计，向更轻量级、功耗、高性能和安全性，虚拟化和可扩展的操作系因此正在不断优化和改进统发展物联网人工智能

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4.34物联网设备需要微型操作人工智能技术正在被用于系统，以及与其他设备和操作系统中，例如自动化云平台的互联互通功能的系统管理、资源分配和安全防护课程总结本课程全面介绍了操作系统的基本概念、原理、设计和实现技术涵盖了进程管理、内存管理、文件管理、I/O管理等核心内容，并探讨了操作系统发展趋势。