《操作系统OS》课件

《操作系统》课件简介OS本课件旨在为学习操作系统提供全面、系统、易懂的指导涵盖操作系统基础知识、关键概念和实际应用场景操作系统的定义和作用定义作用操作系统是管理计算机硬件和软件资源的软件系统它提供了一操作系统是计算机系统中不可或缺的一部分它管理着CPU、内个抽象层，使得用户能够方便地使用计算机资源存、磁盘、打印机等硬件资源，为用户提供一个统一的接口，并为应用程序提供运行环境操作系统的基本功能管理计算机硬件资源提供用户界面操作系统负责管理和分配计算机硬件资源，例如CPU、内存、磁盘操作系统为用户提供交互界面，例如命令行界面或图形用户界面，和外设，以确保有效利用和协调运行使他们能够轻松地使用计算机管理文件和目录支持应用程序运行操作系统负责存储、组织和访问文件和目录，并提供对文件进行操操作系统为应用程序提供必要的运行环境，例如内存分配、设备驱作的工具，例如创建、删除、复制和移动动程序和系统调用，使其能够顺利运行操作系统的發展历程早期操作系统批处理系统，例如IBM的OS/360和UNIVAC的EXEC8，引入了作业控制语言和简单的内存管理机制多道程序设计系统UNIX和Multics等系统引入多道程序设计，允许多个程序同时运行，提高了CPU利用率分时操作系统分时系统，例如CTSS和Multics，允许多个用户同时使用计算机，通过时间片轮转技术共享CPU资源现代操作系统现代操作系统，例如Windows，macOS和Linux，提供了强大的图形界面，支持多任务处理，虚拟内存，文件管理，安全性和网络功能操作系统的类型服务器操作系统桌面操作系统服务器操作系统侧重于多任务处理、资源管理桌面操作系统主要针对个人计算机，提供友好和网络功能，适用于大型服务器、数据中心和的用户界面、应用程序支持和多媒体功能，例云计算如Windows、macOS和Linux移动操作系统嵌入式操作系统移动操作系统专为移动设备设计，提供触控界嵌入式操作系统用于各种嵌入式系统，如智能面、应用程序商店和低功耗管理功能，例如家电、汽车和工业设备，它们通常具有低资源Android和iOS占用、实时性高和特定功能的特点进程管理进程的概念进程的状态

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2.12进程是操作系统中一个独立运进程在运行过程中会处于不同行的基本单元，是程序在内存的状态，例如就绪、运行、阻中的动态执行过程塞等进程的创建和终止进程的调度

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4.34操作系统负责创建和终止进程操作系统通过调度算法分配，并管理进程的生命周期CPU时间片，决定哪个进程占用CPU进程的概念和状态进程定义进程状态进程是正在执行的程序的一个实例它是一个独立的执行单元，拥进程有不同的状态，如运行、就绪、阻塞等，反映了进程在执行过有自己的内存空间和系统资源程中的不同阶段进程的调度算法先到先服务（）优先级调度FCFS最简单的调度算法，先到达的进程先获得CPU根据优先级高低决定CPU分配顺序，优先级高的进程先获得CPU时间片轮转调度最短作业优先调度每个进程获得一个时间片，时间片用完后，进选择预计运行时间最短的进程，将其分配给程进入就绪队列等待下一次调度CPU进程间通信共享内存消息传递共享内存区域允许进程直接访问内存空间进程通过发送和接收消息进行通信，消息，加快数据交换速度传递提供灵活的通信方式，适合不同类型进程管道套接字管道是用于连接相关进程的一系列字节，套接字是一种用于网络通信的机制，适用单向数据流，实现进程间的数据传递于进程之间进行远程通信死锁问题及其预防死锁的概念死锁的预防当两个或多个进程互相等待对方释放资源预防死锁可以通过破坏死锁发生的四个必时，就会发生死锁这些进程将永远处于要条件之一来实现，例如使用资源分配顺阻塞状态，无法继续执行序，或者避免循环等待内存管理内存管理内存地址空间内存碎片虚拟内存技术内存管理是指操作系统如何分操作系统将物理内存划分为多内存碎片是指内存中无法分配虚拟内存技术允许进程使用比配、使用和回收计算机系统内个逻辑地址空间，每个进程有给任何进程的空闲空间，会降物理内存更大的地址空间，提存自己的地址空间低内存利用率高内存利用率虚拟内存技术物理内存不足页面置换算法虚拟内存技术允许程序使用比物操作系统需要决定将哪些页面从理内存更大的地址空间，提高系内存中移除，常用的算法有FIFO统效率、LRU和OPT提高系统效率虚拟内存技术可以运行更大的程序，提高多任务处理效率，支持更多用户同时使用系统页式管理和段式管理页式管理段式管理将逻辑地址空间划分为大小相等的页，物理地址空间也划分为相同将逻辑地址空间划分为大小不等的段，每个段对应一个逻辑地址范大小的页框围•逻辑地址转换为物理地址•段表存放段的起始地址和长度•页面置换算法•段式管理适用于多用户系统和程序共享磁盘管理磁盘空间管理磁盘调度算法磁盘空间管理是将磁盘空间分配给文件和磁盘调度算法用于优化磁盘读写操作，提目录，以确保有效利用磁盘空间它包含高磁盘访问效率常用的调度算法包括先磁盘格式化、文件系统建立和管理，以及来先服务、最短寻道时间优先、扫描算法磁盘空间分配和回收和电梯算法等文件管理文件的概念和操作文件目录结构12文件是存储在存储介质上的数据集合，文件目录结构用于组织和管理文件它可以是文本、程序、图片等操作系统采用树形结构，每个节点代表一个目录提供对文件进行创建、读取、写入、删或文件，目录可以包含子目录和文件除、重命名等操作文件系统类型3常见的文件系统类型有FAT、NTFS、ext2/3/4等，它们在文件组织、存储分配、访问控制等方面有所区别文件的概念和操作文件定义文件操作文件是存储在计算机上的信息集对文件的操作包括创建、打开、合，可以是文本、图像、视频或读取、写入、关闭、删除等，操程序等作系统提供系统调用来执行这些操作文件属性每个文件都有属性，如文件名、大小、类型、创建时间、访问时间等，用于标识和管理文件文件目录结构树形结构根目录子目录树形结构是一种常用的文件目录结构，它将根目录是树形结构的根节点，它包含所有其子目录是根目录或其他目录的子节点，它们文件组织成树状层次他目录和文件的入口点可以包含其他文件或子目录设备管理设备分类设备驱动程序设备管理是操作系统的重要组成部分，负责管理计算机系统中的各设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，它负责控制和管种硬件设备理设备的运行输入输出子系统中断机制/输入/输出子系统负责处理数据在计算机系统和外部设备之间的传输中断机制是设备与操作系统进行通信的重要方式，它能够及时通知操作系统设备的状态变化设备的分类和特性网络设备存储设备网络设备连接网络并传输数据，例如路由器、存储设备用于存储数据，包括硬盘、SSD和交换机和网卡USB闪存盘输入设备输出设备输入设备接收用户指令，例如键盘、鼠标和扫输出设备将处理结果呈现给用户，例如显示器描仪、打印机和扬声器设备驱动程序软件接口硬件操作12设备驱动程序充当硬件和操作系统之间它负责控制和管理设备，并处理硬件操的桥梁，提供软件接口以供操作系统调作，例如数据传输和状态控制用资源分配错误处理34设备驱动程序分配设备资源，例如内存它负责处理硬件错误，例如错误代码和和中断，以满足硬件需求并优化系统性异常情况，以确保系统稳定运行能输入输出子系统/设备驱动程序中断机制设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，提供统一的接中断机制允许硬件设备向操作系统发送信号，通知操作系统需要口，方便应用程序访问设备处理的事件，例如键盘输入、磁盘读写完成等驱动程序管理设备的操作，处理中断，完成数据传输等任务，确中断处理程序会响应中断，执行相应的处理，然后返回到被中断保硬件设备与操作系统协调工作的程序继续执行，确保系统高效运作中断机制硬件中断软件中断中断处理流程硬件中断由外部设备触发，例如键盘输入、软件中断由程序指令触发，用于请求操作系中断发生时，CPU会暂停当前执行的程序，磁盘读写等统提供服务，例如系统调用保存现场，并跳转到中断处理程序系统调用用户程序用户程序无法直接访问硬件，需要通过系统调用请求内核提供的服务系统调用接口提供了一组标准的函数，允许用户程序请求内核服务内核操作系统内核负责处理系统调用，并执行相应的操作系统调用是用户程序与操作系统内核之间通信的桥梁，允许用户程序请求内核提供的服务，例如文件操作、内存分配、进程管理等操作系统的安全性访问控制数据加密操作系统保护系统资源，防止非法访问和修改权限控制和访问控使用加密算法保护敏感数据，防止数据被窃取或篡改常见算法包制列表是常用的机制括AES、DES和RSA身份验证系统安全更新验证用户身份，确保只有授权用户才能访问系统资源口令验证、及时修补系统漏洞和安全缺陷，防止黑客利用漏洞攻击系统生物识别和多因素认证是常用的方法访问控制机制用户身份验证权限控制

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2.12操作系统通过验证用户身份来操作系统为不同的用户和用户控制用户访问资源的权限，例组分配不同的权限，例如读写如用户名和密码权限、执行权限对象访问控制访问控制列表

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4.34ACL操作系统控制用户对系统资源的访问，例如文件、目录、设ACL定义了用户对每个资源的备访问权限，包括读取、写入、执行和删除等操作加密和认证技术加密加密是将数据转换为无法理解的格式，以保护其机密性例如，使用密码算法对数据进行加密，只有拥有密钥的人才能解密认证认证是验证用户或设备身份的过程，确保其具有访问权限操作系统的性能评价操作系统的性能评价是衡量操作系统效率和有效性的重要指标，它可以帮助我们了解系统的运行状况，发现性能瓶颈，并指导系统优化常见的性能指标包括系统吞吐量、响应时间、CPU利用率、内存利用率、磁盘I/O速度等等操作系统的发展趋势云计算与分布式系统人工智能与机器学习物联网与边缘计算云计算环境下，操作系统需要支持虚拟化、未来操作系统将与人工智能深度融合，为用随着物联网的发展，操作系统需要支持轻量资源管理和安全隔离，以及高效的分布式计户提供更智能化的服务和体验，例如自动任级、低功耗的嵌入式设备，以及边缘计算的算能力务调度、资源优化和个性化配置实时数据处理能力总结和展望发展趋势新功能

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2.12云计算、大数据、人工智能等操作系统更加注重安全性、稳新兴技术持续推动操作系统领定性、性能，并提供更多新功域发展能，以满足现代应用需求研究方向

3.3未来研究方向包括更智能的操作系统、分布式操作系统、安全可信操作系统等问答环节本课件仅供参考，可根据具体情况进行调整欢迎大家提问，一起探讨操作系统的奥秘。