计算机操作系统李翠霞课件

计算机操作系统计算机操作系统是管理和控制计算机硬件资源并为用户提供方便使用界面的系统软件它负责设备管理、进程管理、存储管理、安全保护等关键功能,确保计算机系统高效、安全运行操作系统的概念计算机硬件管理软件接口操作系统负责管理和控制计算机硬件操作系统提供标准的软件编程接口,方资源,使其高效运行便应用程序开发用户交互任务管理操作系统为用户提供可视化图形界面操作系统负责管理和调度各种计算任或命令行方式进行交互务,保证系统高效运转操作系统的功能管理硬件资源提供用户界面管理软件应用提供文件管理操作系统负责管理计算机的硬操作系统提供图形用户界面操作系统负责管理和调度软件操作系统管理文件系统,让用件资源,如CPU、内存和输入/GUI或命令行界面CLI,使用应用程序的运行,确保它们能户能便捷地存储和检索文件输出设备,确保它们能高效协户能方便地与计算机交互安全、公平地共享计算机资源同工作操作系统的特点用户友好资源管理操作系统提供了友好的图形用户负责管理计算机的各种硬件和软界面,使用起来更加便捷和直观件资源,如存储器、CPU、I/O设备等多任务处理安全性支持并发运行多个程序,提高了提供身份验证、访问控制等机制计算机的工作效率,保护系统和用户数据的安全操作系统的分类单任务操作系统多任务操作系统实时操作系统分时操作系统一次只能执行一个任务,无法实可以同时执行多个任务,如实时响应外部事件,确保关键任在多用户环境下,提供公平、高现多个程序并行运行代表如Windows、Unix等能提高资务在规定时间内完成适用于效的资源共享典型如Unix、DOS源利用率嵌入式系统Linux单任务操作系统聚焦任务简单设计单任务操作系统仅允许用户在给定时间内运行一个应用程序或任务由于只需处理一个任务,单任务系统的设计和实现相对简单这降低这种模式可以提高系统的稳定性和性能了系统的复杂性和维护成本资源利用率低局限性强由于无法并行运行多个任务,单任务系统无法充分利用计算机的硬件单任务系统无法满足现代计算需求,只适用于一些简单的应用程序和资源,效率较低嵌入式设备多任务操作系统并行处理快速响应多任务操作系统允许多个程序同操作系统能够快速响应用户请求,时运行,实现并行处理,提高了系统让用户感受到即时反馈,提高交互资源的利用率和工作效率体验资源共享保护隔离多任务操作系统支持多个程序共操作系统能够保护各个任务之间享系统资源,如内存、处理器和外的隔离,防止相互干扰,确保系统稳围设备,提高了资源利用率定运行实时操作系统实时数据处理快速响应高可靠性实时操作系统能够快速、高效地处理实时数实时系统必须在严格的时间要求内做出反应实时系统需要非常可靠,因为它们通常用于据流,确保关键任务能及时完成,以应对各种紧急情况和关键任务控制关键系统,一旦出现故障可能会造成严重后果分时操作系统用户体验交互模式分时操作系统可为多个用户提供同等分时操作系统支持多个用户通过终端的处理器使用时间,提高资源利用率,增设备远程交互,给予每个用户独立的计强用户使用体验算环境调度机制安全隔离分时操作系统采用时间片轮转调度算分时操作系统通过用户隔离和权限管法,平衡各用户任务执行,确保公平性理,保护系统安全,防止用户之间的干扰批处理操作系统处理方式任务调度资源管理应用领域批处理操作系统将作业批量处系统会根据一定的调度策略,批处理系统能有效管理计算机批处理技术广泛应用于银行、理,而不是逐个处理这样可将作业顺序安排在后台执行,的CPU、内存、存储等资源,保险、制造等领域的大规模数以提高资源利用率和处理效率无需人工干预以最大化利用据处理任务操作系统的结构操作系统结构由多个关键组成部分组成,这些组成部分协调工作,提供全面的计算机系统功能内核核心功能进程管理12操作系统的内核是管理硬件资内核负责进程的创建、切换和源和提供基本服务的核心部分调度,确保公平合理地使用CPU资源内存管理设备驱动34内核负责管理系统内存,提供虚内核提供设备驱动程序接口,统拟内存机制和页面置换算法一管理各种硬件设备用户接口图形用户界面命令行界面语音助手触摸屏图形用户界面GUI提供直观命令行界面CLI依赖于文本语音助手通过语音识别和合成触摸屏将输入设备与显示器集的可视化交互,用户可以通过输入和输出,用户通过输入特技术,让用户可以用自然语言成在一起,用户可以直接在屏鼠标和键盘等输入设备轻松操定命令和参数来完成操作这进行交互这种接口方便了行幕上操作这种接口更加直观控电脑这种界面设计更加友种接口适用于熟练用户,可以动不便或视力受限的用户,正和交互式,在智能手机和平板好,降低了新手的学习成本更精确地控制系统在成为未来的主流趋势电脑中广泛应用设备驱动程序硬件设备接口操作系统中的角色架构中的层次设备驱动程序负责将计算机硬件与操作系统驱动程序作为操作系统软件的一部分,提供驱动程序位于操作系统和硬件之间,充当中之间的接口协调连接,实现外围设备与系统了与特定硬件设备的标准接口,使操作系统间层,负责两者之间的信息传递和协调的通信能与设备进行交互文件管理系统文件组织读写权限文件管理系统提供了层次化的文通过设置文件的访问权限,可以控件目录结构,方便用户管理和组织制不同用户对文件的操作权限各种类型的文件文件保护文件搜索文件管理系统可以对文件进行备提供高效的文件搜索功能,帮助用份、恢复等操作,保护用户的数据户快速找到所需的文件安全进程管理进程控制线程管理同步与互斥死锁处理通过调度、执行、挂起和恢复多线程机制提高了系统的并发进程间通信和同步关系的管理,系统需要检测和预防死锁,提供等操作来管理和控制进程的生性和响应性,但也增加了管理的避免死锁和资源争用等问题有效的死锁检测和解决机制命周期复杂性内存管理内存分配与回收内存保护12操作系统负责将程序和数据加操作系统确保各个进程只能访载到内存中,并在程序执行完毕问属于自己的内存区域,防止内后回收内存存被非法访问虚拟内存管理页面置换算法34利用磁盘等辅助存储器,实现内当内存不足时,选择合适的页面存的虚拟化,提高内存利用效率进行交换,确保关键数据始终在内存中输入输出管理/输入设备输出设备数据传输操作系统管理各种输入设备,如键盘、鼠标操作系统也管理各种输出设备,如显示器、操作系统负责协调各种输入输出设备之间的、扫描仪等,确保它们能够正常工作并与应打印机、扬声器等,确保它们能够按照用户数据传输,确保信息能够在不同设备之间顺用程序进行无缝交互需求正确地输出信息利交换作业管理任务调度作业处理12合理调度作业顺序,平衡系统资源利用率,提高整体工作效率根据优先级和资源需求,确定作业执行顺序和资源分配监控管理性能优化34跟踪作业运行状态,及时发现和处理异常情况,确保作业按期分析作业运行数据,调整调度算法和资源分配,提高整体性能完成网络管理网络配置安全防护管理和维护网络设备的配置,确保监控和管理网络安全,防范各种安网络正常运行全威胁,保护数据安全性能优化故障诊断分析网络流量,发现瓶颈,采取措施快速定位和解决网络故障,确保网提高网络性能络持续稳定运行操作系统的发展历程早期操作系统1最初的计算机只能执行一个任务,操作系统主要负责管理硬件资源后来出现了批处理系统DOS操作系统2IBM在1981年推出个人电脑,微软开发了MS-DOS操作系统,支持多任务处理和多用户管理Unix操作系统3Unix系统于1969年由贝尔实验室研发,提供了更强大的多任务和多用户管理功能早期操作系统批处理系统交互式系统最早的计算机操作系统是批处理系统,以大型机为代表它以穿孔随后出现了交互式系统,用户可以通过终端直接与计算机交互,并立卡片为输入,采用手动方式管理计算机的资源和作业执行即获得计算结果这标志着操作系统功能的不断丰富操作系统DOS命令行界面软盘启动DOS操作系统采用基于命令行的交互在当时的计算机硬件配置下,DOS系统方式,用户需要通过输入特定的命令来通常需要从软盘启动,需要用户手动插完成各种操作入软盘并重启电脑内存管理文件管理DOS系统对内存的管理比较简单,只支DOS系统提供了基本的文件操作命令,持640KB的基本内存,用户需要小心如DIR、COPY、DEL等,用户需要依管理内存使用靠命令行来管理文件操作系统Unix源于贝尔实验室开源创新12Unix操作系统最初于1969年在贝尔实验室开发,开创了现代Unix的开源特性促进了持续的创新和改进,推动了操作系统操作系统的新纪元技术的发展强大稳定性多样化发展34Unix系统以其卓越的稳定性和安全性在服务器领域广受欢迎从BSD到Linux,Unix系统衍生出众多分支,适用于各种应用场景操作系统Windows用户友好的界面即插即用Windows操作系统提供了易于使用和Windows支持即插即用技术,可以自直观的图形用户界面,方便用户进行各动识别和配置外围设备,提高了系统的种操作兼容性多任务处理安全可靠Windows拥有强大的多任务处理能力Windows内置了多层次的安全机制,,可以同时运行多个应用程序,提高了工可以有效地防范病毒和黑客攻击,提高作效率系统的安全性操作系统Linux开源自由高度安全Linux是开源软件,用户可以免费Linux系统安全性高,病毒和黑客使用和修改,是一种自由、灵活的攻击少,是一个稳定可靠的操作系操作系统统高性能广泛应用Linux系统资源占用低,运行速度Linux广泛应用于桌面、服务器、快,适合于服务器、超级计算机等嵌入式系统等领域,是云计算、大高性能场景数据的重要基础操作系统的基本概念操作系统是计算机系统的核心，它管理和控制计算机硬件和软件资源，为用户提供友好的交互界面了解操作系统的基本概念对于掌握计算机原理和技术至关重要进程概念特点作用生命周期进程是操作系统中独立运行的•动态性:进程是程序执行的进程是操作系统资源分配的基进程有创建、就绪、运行、阻基本单位,它是程序在执行过动态过程本单位,负责程序的装载、执塞和终止等状态操作系统负程中的一次动态过程每个进行和释放系统资源系统通过责进程的状态转换和资源分配•独立性:每个进程都拥有独程都有独立的内存空间、CPU进程管理实现对程序的控制和立的资源时间和其他系统资源调度•并发性:多个进程可以并发执行•异步性:进程的执行顺序是不确定的线程并发执行任务由操作系统管理线程间协作线程可以并发地执行多个任务,提高了程序操作系统负责调度和管理线程,确保各线程线程之间需要通过同步机制来协调操作,避的响应速度和资源利用率公平地使用CPU资源免数据竞争和死锁等问题死锁概念解释检测与预防解决方案死锁是指多个进程相互等待对方持有的资源操作系统可以通过死锁检测算法来识别死锁一旦发生死锁,系统可以采取资源抢占、进而无法前进的一种僵局状态这种情况可能的发生,并采取资源分配策略来预防死锁的程终止或者进程挂起等措施来打破死锁,恢会导致系统陷入无法自行恢复的危险局面发生复系统正常运行调度算法时间片轮转算法优先级调度算法给每个进程分配一个时间片,按时间片循环调度根据进程的优先级动态调整调度顺序可以灵执行简单高效,保证公平性活满足不同类型任务的需求最短作业优先算法多级反馈队列算法优先调度预计执行时间最短的进程可以提高根据进程的运行状态动态调整其优先级,兼顾响整体系统吞吐量应时间和系统吞吐量操作系统的未来操作系统不断进化,以应对不断变化的计算需求未来操作系统可能会更加智能化、个性化和安全化,为用户提供更好的体验。