《操作系统》教案》课件

《操作系统》课程PPT本课程PPT旨在帮助学生深入理解操作系统的基本原理和核心概念涵盖进程管理、内存管理、文件系统、输入输出管理等重要内容课程简介课程目标课程内容

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22.帮助学生理解操作系统基本原涵盖进程管理、内存管理、文理和核心概念件管理、设备管理、安全等学习方式教学评估

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44.课堂讲授、课后练习、实验项平时作业、期中考试、期末考目、课题研究等试等课程安排第一阶段操作系统概述1介绍操作系统基本概念、功能和类型，并概述操作系统发展历程，为后续学习打下基础第二阶段进程管理2深入讲解进程管理机制，包括进程概念、状态、调度算法和线程管理，着重理解并发编程和同步机制第三阶段内存管理3学习内存管理的核心概念，包括虚拟内存、分页和分段，并了解如何有效管理和分配内存资源第四阶段文件管理4阐述文件系统的结构、文件访问方式和管理策略，掌握文件系统管理的关键技术第五阶段设备管理5探讨设备管理的原理和方法，包括设备驱动程序、输入输出控制和中断处理，提升对硬件与软件交互的理解第六阶段操作系统安全6重点关注操作系统安全问题，包括安全威胁、防御措施、用户认证和授权机制，增强对系统安全的认识操作系统概述操作系统是计算机系统的核心软件它负责管理计算机硬件资源，并为应用程序提供运行环境操作系统就像一个中间人，连接硬件和软件，使它们能够协同工作操作系统的定义和目标定义目标主要功能操作系统是管理计算机硬件和软件资源操作系统的目标是方便用户使用计算机主要功能包括进程管理、内存管理、的软件系统，为用户提供一个方便、高，提高资源利用率，保护系统安全，并文件管理、设备管理、安全管理等效、安全的操作环境实现系统扩展和维护操作系统的功能和作用管理计算机资源提供用户接口管理程序运行提高资源利用率操作系统管理硬件资源，包括操作系统为用户提供命令行界操作系统负责加载、执行、终操作系统通过多道程序技术，CPU、内存、磁盘、打印机等面或图形用户界面，方便用户止程序，并管理程序之间的资实现资源共享，提高CPU、内它为用户提供统一的接口，与计算机交互它隐藏底层硬源分配，保证系统稳定运行存、磁盘等资源的利用率简化硬件操作件复杂性，提供友好的用户体验操作系统分类批处理操作系统分时操作系统实时操作系统多任务操作系统以批处理方式运行程序，效率多个用户共享系统资源，提供对时间要求严格，用于控制工支持多个任务同时执行，提高高，但缺乏交互性交互式操作，提高效率业设备、航空航天等领域资源利用率操作系统的发展历程早期操作系统1批处理系统，单用户，单任务多道程序设计系统2允许多个程序同时运行，提高系统效率分时系统3允许多个用户共享系统资源，提高系统利用率实时操作系统4实时性要求高，用于工业控制、航空航天等领域随着计算机技术的不断发展，操作系统也不断演变，从最初的简单批处理系统发展到现代的多任务、多用户、图形界面、网络化操作系统进程管理进程管理是操作系统的核心功能之一它负责创建、调度、管理和终止进程，以确保系统资源的有效利用进程的概念和状态进程定义进程状态进程控制块进程是一个正在执行的程序，它包括程序代进程有不同的状态，例如运行、就绪、阻塞每个进程都有一个进程控制块PCB用于码、数据和系统资源，它会随着系统资源的分配和调度而发生变存储进程的信息，例如进程ID、状态、优先化级等进程调度算法先到先服务最短作业优先优先级调度时间片轮转FCFS SJFFCFS算法简单直观按照进SJF算法会选择最短运行时间优先级调度算法根据每个进程时间片轮转算法将CPU时间程到达的顺序进行调度先到的进程优先执行，可以缩短平的优先级进行调度，优先级高分配成若干个时间片，每个进达的进程先执行均等待时间的进程优先执行程轮流获得时间片FCFS容易实现，但可能导致SJF算法需要提前知道进程的优先级调度算法可以灵活调整时间片轮转算法可以保证每个较长的平均等待时间运行时间，在实际应用中可能，但需要合理设置优先级，避进程都能获得一定的时间片，难以预测免饥饿现象提高系统的公平性线程管理线程是操作系统中一个重要的概念，它允许在一个进程中创建多个执行单元线程共享进程的资源，例如内存空间和打开的文件，但拥有独立的执行上下文线程的概念及类型线程用户线程

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22.线程是进程中的一个执行单元用户线程由应用程序创建和管，是CPU调度和分配的基本单理，操作系统不感知用户线程位的存在内核线程轻量级进程

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44.内核线程由操作系统创建和管轻量级进程是内核线程的一种理，操作系统直接调度内核线实现方式，允许进程创建多个程线程多线程并发与同步并发执行资源共享多个线程可以同时执行，提高程多个线程共享系统资源，如内存序效率和文件同步机制常见问题使用互斥锁、信号量等机制，保死锁、竞态条件等，需要仔细设证数据一致性计和管理内存管理内存管理是操作系统中至关重要的组成部分，它负责分配和回收计算机系统中的内存资源内存管理的目的是为了有效地利用有限的内存空间，同时确保程序能够顺利执行，防止不同程序之间的相互干扰内存管理概述内存管理内存分配内存保护虚拟内存内存管理是操作系统最重要的操作系统分配内存给不同的程操作系统保护每个程序的内存虚拟内存通过使用硬盘空间来功能之一，它负责管理计算机序和进程，确保每个程序都有空间，防止一个程序错误地访扩展物理内存，允许程序使用系统中的内存资源有效的内足够的内存空间运行问其他程序的内存，从而提高比物理内存更大的内存空间存管理对于提高系统性能和可系统安全性靠性至关重要分页和分段管理分页管理分段管理将逻辑地址空间划分为大小相等的页将程序逻辑地址空间划分为若干大小，每个页对应一个物理内存块不等的段，每个段对应一个物理内存块虚拟内存管理扩大可用内存逻辑地址和物理地址分页和分段虚拟内存允许操作系统使用硬盘空间扩展物虚拟地址空间是程序员使用的逻辑地址，而分页将程序的逻辑地址空间划分为固定大小理内存物理地址空间是实际内存中的物理地址的页，而分段将逻辑地址空间划分为大小可变的段文件管理文件管理是操作系统的重要组成部分，它负责组织和管理存储在计算机系统中的数据文件文件管理系统提供文件存储、检索、修改和删除等功能，为用户提供方便的操作界面文件系统结构树形结构图结构线性结构每个文件和目录都是树节点文件和目录可以用图表示，节点代表文件文件和目录按顺序排列，通常由索引号访或目录问根目录位于树根部，其他文件和目录作为子节点连接两个节点的边代表文件或目录之间的线性结构简单易懂，但难以管理大型文件关系系统文件访问方式顺序访问随机访问索引访问内容寻址访问按顺序读取或写入文件，一次直接访问文件中的任何数据块通过索引号直接访问文件中的根据数据内容而非文件地址访只访问一个数据块，无需按顺序读取特定数据块问文件，提高数据检索效率设备管理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各种硬件设备，包括输入设备、输出设备、存储设备和网络设备设备的概念和分类设备的定义设备的分类设备是指计算机系统中，用于输入、输出、存储或处理信息的物理根据功能，可分为输入设备、输出设备、存储设备、网络设备等装置输入设备输出设备用于将外部信息转换为计算机可识别的格式，例如键盘、鼠标、扫用于将计算机处理后的信息以人类可感知的方式呈现，例如显示器描仪等、打印机等设备驱动程序硬件接口资源管理

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22.驱动程序是操作系统与硬件之驱动程序负责分配和管理硬件间的桥梁，它提供了硬件操作资源，例如内存、中断和I/O端的标准接口口性能优化错误处理

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44.驱动程序可以优化硬件性能，驱动程序负责处理硬件错误，提高系统效率，并提供更流畅例如设备故障或数据传输错误的用户体验输入输出控制用户输入系统输出数据传输存储管理例如键盘、鼠标，将用户的指操作系统将结果和信息通过显操作系统负责管理数据在不同操作系统负责管理数据在磁盘令和数据传递给操作系统示器、打印机等设备呈现给用设备之间的传输，确保数据安等存储设备上的读写操作户全性和可靠性操作系统安全操作系统安全是至关重要的，它保护系统资源和用户数据免受恶意攻击和数据泄露操作系统安全威胁与防御措施恶意代码网络攻击病毒、蠕虫、木马等恶意代码会拒绝服务攻击、网络入侵等攻击破坏系统文件、窃取数据或控制会造成系统性能下降或数据泄露系统用户错误物理攻击用户错误操作、未经授权访问或物理攻击是指通过物理手段破坏恶意操作会导致系统故障或安全硬件设备或系统软件，例如窃取漏洞设备或破坏服务器用户认证与授权用户认证身份验证方法

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22.验证用户身份，确认用户是否密码、生物识别、双因素认证合法等授权权限控制

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44.根据用户身份授予访问资源的限制用户对系统资源的访问权权限限总结与展望本课程介绍了操作系统的基础知识和核心概念从操作系统的发展历程、进程管理、内存管理、文件管理、设备管理到操作系统安全等方面进行了深入浅出的讲解未来，操作系统将继续发展，向着更高效、更安全、更智能的方向发展，并与人工智能、云计算等新技术深度融合课程总结知识体系实践应用持续学习本课程全面介绍了操作系统的基本原理、核通过理论学习和实践操作，学生们能够更好操作系统的领域在不断发展，鼓励学生们积心概念以及关键技术地理解操作系统的工作原理，并掌握实际应极探索最新技术和应用用中的相关技能未来发展趋势云计算人工智能物联网边缘计算云计算将成为操作系统的重要人工智能技术将与操作系统深操作系统将支持物联网设备的边缘计算将扩展操作系统的功组成部分云原生操作系统将度融合，实现更智能化的资源连接和管理，并提供安全、可能，支持数据本地处理和智能提供更灵活、更可扩展、更高分配、安全管理和用户体验优靠的通信机制和数据处理能力决策，提升系统响应速度和可效的资源管理和服务交付方式化靠性。