《l操作系统》课件

《操作系统》课程PPT本课程将深入介绍操作系统原理和基本概念，并探讨各种操作系统的设计理念和实现技术学习操作系统是理解计算机系统工作原理的重要基础，为进一步学习软件开发和系统架构奠定坚实基础WD操作系统概述管理硬件资源提供用户接口管理文件和网络操作系统负责管理计算机的硬件资源，例如操作系统提供用户界面，使用户能够与计算操作系统管理文件系统，并允许用户在网络CPU、内存、存储器和外设，以确保它们能机交互，并运行应用程序中共享文件够有效地运行操作系统的发展历程早期操作系统最早的操作系统诞生于20世纪50年代，主要用于批处理任务，例如数据处理和科学计算多道程序设计操作系统多道程序设计操作系统于20世纪60年代出现，能够同时运行多个程序，提高系统效率和资源利用率分时操作系统分时操作系统在20世纪70年代发展起来，允许多个用户同时使用系统，通过时间片轮转的方式，为每个用户提供交互式服务个人计算机操作系统个人计算机操作系统在20世纪80年代兴起，为个人电脑提供用户友好界面和丰富的应用软件支持网络操作系统网络操作系统在20世纪90年代开始发展，支持多个计算机之间进行通信和资源共享，推动了互联网和云计算的发展移动操作系统移动操作系统在21世纪初兴起，为移动设备提供用户界面和应用程序支持，推动了移动互联网的快速发展操作系统的功能和特点资源管理用户接口操作系统负责管理计算机系统中操作系统提供用户与计算机系统的各种资源，包括CPU、内存、交互的接口，方便用户使用计算外设、文件等机程序执行系统安全操作系统负责加载、运行和管理操作系统负责保护系统安全，防用户程序，为程序提供执行环止非法访问和操作境操作系统的基本组成内核系统调用接口12操作系统的核心部分，管理系应用程序与内核的桥梁，提供统资源，提供基本服务调用系统服务的途径系统程序3辅助内核管理系统资源，提供用户界面和管理工具操作系统的分类批处理操作系统多道程序设计操作系统分时操作系统实时操作系统程序以批次形式提交，系统按多个程序同时驻留在内存中，多个用户同时使用一台计算对事件响应速度要求极高，用顺序执行，效率低下，不适合提高CPU利用率，但需要进行资机，系统将CPU时间分配给各个于控制实时系统，如工业控交互式应用源管理用户，实现交互式使用制、航空航天等进程的基本概念进程是操作系统中执行程序的基本单位，它是一个动态的概念，表示一个正在运行的程序一个进程包含程序代码、数据、堆栈和其他资源，操作系统会为每个进程分配独立的内存空间进程是系统资源分配和保护的基本单位，操作系统会为每个进程维护一个进程控制块PCB，记录进程的状态、资源和其他信息进程的状态与转换运行状态1正在被CPU执行就绪状态2已准备好运行，等待CPU分配阻塞状态3等待某事件发生，例如I/O完成进程状态是指进程在生命周期中的状态，根据进程与CPU的交互情况，进程可以处于运行、就绪或阻塞状态进程状态之间可以相互转换，例如，一个进程从就绪状态转换为运行状态是因为CPU分配给了它进程控制与管理进程创建进程终止进程挂起进程恢复创建新的进程，分配资源，初释放进程占用的所有资源，删将一个运行的进程从内存中移将一个挂起的进程恢复到内存始化进程控制块除进程控制块出，保存其状态，并将其置于中，并恢复其状态挂起状态例如，用户执行一个程序，操例如，当进程执行完毕、遇到例如，当内存空间充足时，操作系统将创建一个新的进程来错误或用户请求终止时，操作例如，当内存不足时，操作系作系统可以恢复一个挂起的进执行该程序系统将终止该进程统可能会将一些进程挂起，以程释放内存空间进程同步与互斥互斥多个进程共享同一个资源时，确保同一时间只有一个进程访问它同步多个进程在访问共享资源时，需要按照特定的顺序执行信号量一种用于控制并发访问的机制，通过信号量来实现进程间的同步与互斥死锁的概念和条件定义条件危害死锁是指多个进程因竞争资源而互相等死锁的发生需要满足四个必要条件互死锁会导致系统资源无法得到有效利待，导致所有进程都无法继续执行的状斥、占有且等待、不可剥夺、循环等用，进程无法正常执行，甚至可能造成态待系统崩溃死锁的预防和解决死锁预防死锁解决死锁预防是通过破坏死锁产生的四个必要如果死锁已经发生，则需要采取措施来解条件来避免死锁的发生例如，可以采用除死锁常见的解决方法包括进程终资源预先分配的方式，避免多个进程竞争止、资源抢占、回滚等同一资源解决死锁需要付出一定的代价，例如终止预防方法可以有效地阻止死锁的出现，但进程可能会导致数据丢失，资源抢占可能可能会降低系统资源利用率和进程运行效会影响其他进程的运行率内存管理的基本概念内存管理是操作系统中的核心功能之一负责管理计算机系统中的内存资源，包括内存分配、回收和保护内存管理的目标是优化内存使用，提高程序执行效率，并保证系统稳定运行连续分配和分页管理连续分配比较分析程序在内存中分配连续的地址空间分页管理比连续分配更加灵活，但也存在页表开销•单一连续分配•内存碎片化•分区分配•页面调度•动态分区分配•地址转换123分页管理程序被分成大小相等的页，在内存中分配非连续的页面•页面大小固定•页表管理•支持多道程序设计分段与虚拟内存分段管理分页管理虚拟内存将程序地址空间划分为多个段，每个段对应将物理内存划分为固定大小的页框，程序地通过页表和地址转换机制，使程序可以访问一个逻辑单元址空间划分为大小相同的页超出物理内存容量的地址空间文件管理的基本概念文件管理是操作系统的重要组成部分，负责对文件进行组织、存储、访问和管理文件是计算机存储信息的最小单位，由数据和相关的属性组成，例如文件名、文件类型、创建时间等操作系统提供各种操作来管理文件，包括创建、删除、修改、复制、移动、重命名等文件系统负责管理文件和目录之间的层次结构，方便用户访问和组织文件文件的存储与目录文件存储文件目录

11.

22.文件存储在磁盘上，使用索引文件目录是一个层次结构，组节点inode存储文件元数据，织文件和目录，方便用户查找包括文件大小、权限、创建日和访问文件期和最后修改日期目录结构目录项

33.

44.常见目录结构有树形结构、单每个目录项包含文件名和指向级目录结构和多级目录结构inode的指针，inode包含文件元数据文件的读写操作打开文件读写文件

11.

22.操作系统提供打开文件操作，应用程序通过系统调用进行读为应用程序提供访问文件数据写操作，读取文件内容或将数的接口据写入文件关闭文件

33.文件操作结束后，应用程序需关闭文件，释放系统资源，保证文件完整性文件共享与保护共享方式访问控制文件共享允许多个用户访问相同访问控制限制用户对文件的访问文件，提高资源利用率常见方权限，确保数据安全操作系统式包括用户组共享，权限控制，通过权限机制实现，包括读写权网络共享等限、执行权限等安全机制文件安全机制包括加密、身份认证、访问日志记录等，确保数据不被非法访问或篡改设备管理的基本概念设备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各种硬件设备设备管理的目标是提高系统资源利用率，方便用户使用，并保证系统安全可靠运行设备的分类和特点打印机显示器键盘鼠标用于将电子文档转换成纸质副用于将计算机处理后的数据以用于输入文字、数字和其他信用于控制计算机光标的移动和本，具有速度快、质量高等特图形或文字的形式显示出来，息，具有响应速度快、操作方点击操作，拥有灵敏度高、定点拥有清晰度高、色彩丰富等特便等特点位精准等特点点设备的分配与管理设备分配设备管理设备分配是指将系统中的各种硬件资源分设备管理是指对系统中各种设备进行有效配给不同的进程分配时应考虑公平性和的管理，包括设备的初始化、分配、释放效率性以及故障处理等常用的分配策略包括静态分配和动态分设备管理的核心目标是提高设备的利用配率，并保证系统运行的可靠性和稳定性系统的结构与功能I/O设备I/O1键盘、鼠标、显示器、硬盘等控制器I/O2控制设备与CPU交互通道I/O3负责数据传输软件I/O4驱动程序和管理程序I/O系统是操作系统的重要组成部分它负责管理和控制计算机系统与外部环境之间的信息交换I/O系统由硬件和软件两部分组成磁盘管理与调度磁盘调度算法磁盘空间管理磁盘性能指标磁盘调度算法优化数据访问顺序，提高磁盘•分配和回收磁盘空间•磁盘传输速率利用率，减少磁盘寻道时间，提升系统性•文件系统管理•磁盘寻道时间能•磁盘碎片整理•磁盘旋转延迟实时操作系统概述实时操作系统（RTOS）主要用于对时间要求严格的应用，例如工业自动化、航空航天、医疗设备等RTOS的特点是快速响应、确定性、可靠性高，能够在严格的时间限制内完成任务嵌入式操作系统概述嵌入式操作系统EOS是专为特定硬件平台而设计的操作系统，旨在控制和管理嵌入式系统嵌入式系统通常用于诸如智能手机、汽车和工业设备等特定领域嵌入式操作系统通常具有以下特点体积小、效率高、可靠性强、实时性好等常见的嵌入式操作系统包括Linux、FreeRTOS和WindowsEmbedded Compact等嵌入式操作系统在现代社会中扮演着越来越重要的角色，并在各个领域得到广泛应用云计算和虚拟化技术云计算虚拟化技术云计算是一种按需提供计算资源虚拟化技术允许在单个物理服务（如服务器、存储和网络）的方器上创建多个虚拟机，每个虚拟式，用户可以通过互联网访问这机都可以运行独立的操作系统和些资源，无需直接管理物理基础应用程序，就像它们在独立的物设施理服务器上运行一样云计算与虚拟化技术的关系云计算很大程度上依赖于虚拟化技术，虚拟化技术为云计算提供了基础，使云计算能够提供灵活、可扩展的计算资源移动操作系统概述移动操作系统是为移动设备设计的操作系统，例如智能手机和平板电脑它们为用户提供用户界面，管理应用程序，控制硬件组件，并提供各种服务，如网络连接、定位服务、多媒体功能等常见的移动操作系统包括Android、iOS、Windows Phone、HarmonyOS等，它们在用户界面、应用程序生态系统、功能特性和目标用户等方面有所区别操作系统的发展趋势人工智能与云计算物联网与边缘计算量子计算与操作系统人工智能在操作系统中的应用，例如自动资边缘计算的兴起对操作系统提出了新的挑量子计算技术的出现将彻底改变操作系统的源分配和性能优化战，例如低功耗和安全性架构和功能总结与展望操作系统发展随着计算机技术快速发展，操作系统不断演进，功能更加强大，性能更佳，应用范围更加广泛未来，操作系统将更加注重安全性、可靠性、智能化，并与云计算、大数据、人工智能等技术深度融合，为用户提供更加高效便捷的计算体验。