《操作系统原理导论》课件

操作系统原理导论操作系统是计算机系统的核心组件之一，它负责管理计算机的硬件资源，并为应用程序提供服务课程介绍课程目标课程内容本课程旨在为学生提供对操作系统基本原理的全面了解，并深入课程内容涵盖操作系统核心概念，包括处理器管理、内存管理、探讨关键概念和技术设备管理、文件管理、进程管理等通过课程学习，学生将掌握操作系统的基本原理，并具备分析和此外，课程还会介绍操作系统的发展趋势、虚拟化技术、安全机解决操作系统相关问题的能力制等，并结合实际案例进行分析讲解什么是操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，管理着计算机硬件资源和软件资源它是用户与硬件之间的接口，为用户提供一个统一的抽象层，方便用户使用计算机系统操作系统负责管理计算机硬件资源，包括内存、CPU、硬盘、网络等，并为应用程序提供一个统一的访问接口此外，操作系统还管理软件资源，包括应用程序、文件、用户账户等，以确保系统正常运行和数据安全操作系统的功能资源管理程序管理用户管理网络管理操作系统管理计算机硬件资源操作系统负责程序的加载、执操作系统管理用户身份、权限操作系统提供网络通信服务，，包括CPU、内存、磁盘和外行和终止，并提供必要的程序和安全策略，保护系统资源不支持计算机之间的连接和数据设，为应用程序提供使用这些运行环境，例如内存分配、文被非法访问或破坏传输，例如网络协议、数据包资源的途径件访问等转发等操作系统的发展历程早期操作系统从批处理系统开始，操作系统发展迅速，经历了多道程序设计、分时系统等阶段早期操作系统专注于管理资源，提高硬件利用率现代操作系统引入交互式界面，如图形界面，并加入了网络支持、安全机制等功能操作系统更注重用户体验和资源管理的效率云计算和移动时代云计算技术的发展推动了虚拟化、分布式等技术的发展，操作系统开始支持云环境和移动设备未来趋势操作系统将会继续发展，更加注重人工智能、物联网等新兴技术的融合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以批处分时操作系统将处理器时间分理方式提交给系统，按顺序执配给多个用户，让用户感觉像行是独占系统实时操作系统多用户操作系统

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4.34实时操作系统用于控制实时系多用户操作系统允许多个用户统，要求对事件做出快速响应同时访问系统，并管理不同用户对资源的访问操作系统的体系结构操作系统体系结构是操作系统内部组织和设计的框架，它决定了操作系统各个组件之间的交互方式和信息传递流程常见的操作系统体系结构包括分层结构、微内核结构、模块化结构等处理器管理处理器分配处理器是计算机的核心，操作系统负责分配和管理处理器的使用进程调度操作系统需要决定哪个进程应该获得处理器使用权，以及何时切换进程多任务处理通过时间片轮转等技术，操作系统可以使多个进程共享处理器，提高系统效率内存管理内存分配内存保护分配内存给不同的进程或线程，保护每个进程的内存空间，防止确保资源合理分配，避免内存冲相互访问，维护系统稳定性突内存共享虚拟内存允许进程之间共享内存，提高效利用硬盘空间扩展内存，提升系率，减少资源浪费，但需要谨慎统容量，但需要考虑性能影响管理设备管理硬件接口资源分配12操作系统提供统一的接口，隐藏硬件复操作系统负责分配和管理系统资源，例杂性，简化应用程序开发如磁盘、打印机和网络设备驱动程序控制I/O34设备驱动程序是软件，允许操作系统与操作系统管理I/O操作，例如数据传输特定硬件设备进行通信和错误处理文件管理数据存储文件组织文件访问权限控制文件管理是操作系统的重要功操作系统通过文件夹和目录结用户可以通过文件名或路径来操作系统可以控制不同用户对能之一，负责将数据存储在磁构来组织文件，方便用户查找访问文件，操作系统会根据文文件的访问权限，确保数据安盘上，并提供访问和管理这些和管理文件件系统结构找到对应的文件全和完整性数据的方法进程管理进程概念进程状态进程是程序执行的实例它是操作系统分配资源的最小单位进程可以处于多种状态，例如就绪、运行、阻塞和终止一个进程包含程序代码、数据和状态信息操作系统通过进程控制块PCB来管理进程的状态信息并发与同步多个进程同时运行协调进程之间的交互并发允许多个进程在一段时间内共享同步机制确保对共享资源的访问是互系统资源斥的，并防止竞争条件发生互斥与同步同步机制互斥是指一次只允许一个进程访问共常见的同步机制包括信号量、互斥量享资源同步确保了进程按照预定的、条件变量等顺序访问资源死锁与防止死锁的定义死锁产生的条件死锁是指多个进程因竞争资源而•互斥条件互相等待，导致所有进程都无法•占有且等待条件继续执行的现象•不可剥夺条件•循环等待条件死锁的预防死锁的解除可以通过破坏死锁产生的四个必当发生死锁时，可以通过系统干要条件来预防死锁预的方式解除死锁，例如终止进程或撤销资源操作系统的虚拟化技术虚拟化技术允许在单个物理主机上运行多个操作系统，或在同一个操作系统上运行多个应用程序，如同它们运行在独立的物理机上虚拟化技术在现代数据中心和云计算中发挥着至关重要的作用，提高了硬件利用率、降低了成本，并简化了管理虚拟内存管理虚拟内存的优势地址转换虚拟内存通过将物理内存和磁盘空间结合起来，扩展了可用内存虚拟内存管理的核心是地址转换，将虚拟地址转换为物理地址，以这样可以运行比物理内存更大的程序，提高系统效率确保程序正常运行页面置换虚拟内存的局限性当内存空间不足时，需要将页面从内存移到磁盘，以便为新的页面虽然虚拟内存带来了很多好处，但它也有一些缺点，比如访问速度腾出空间页面置换算法决定哪些页面需要被移出较慢、管理复杂等页面置换算法算法FIFO LRUOPT CLOCKFIFO算法是一种简单的页面LRU算法是一种常用的页面OPT算法是一种理想的页面CLOCK算法是一种近似LRU置换算法，它根据页面进入内置换算法，它根据页面最近使置换算法，它根据页面未来将算法，它使用一个循环队列来存的顺序进行置换，最早进入用的时间进行置换，最近使用要使用的顺序进行置换，未来存储页面，并维护一个访问位的页面最先被置换出去的页面最不可能被再次使用，最不可能被使用的页面最先被当需要置换页面时，FIFO算法简单易实现，但容因此最先被置换出去LRU置换出去OPT算法可以获CLOCK算法从队列头部开始易出现Belady现象，即当可算法比FIFO算法更有效，但得最小的页面故障率，但它无查找，找到第一个访问位为0用内存增加时，页面故障率反实现起来比较复杂法在实际系统中实现，因为无的页面进行置换而升高法预测未来磁盘管理存储设备磁盘分区文件系统磁盘管理工具磁盘是操作系统中最重要的存操作系统将磁盘划分为多个逻操作系统使用文件系统组织磁操作系统提供各种磁盘管理工储设备之一，用于存储操作系辑分区，每个分区可以被视为盘上的数据，提供高效的存储具，例如格式化、分区、文件统、应用程序和用户数据一个独立的磁盘，方便管理和和检索机制系统管理等，方便用户管理磁访问盘文件系统组织文件文件访问

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2.12文件系统是计算机上用于组织它为应用程序提供了一种方便、存储和管理文件的一种方法的方式来访问和管理文件文件命名文件属性

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4.34文件系统使用目录结构来组织文件系统还存储有关每个文件文件，每个文件都有一个唯一的元数据，例如大小、创建时的名称间和访问权限输入输出子系统/输入设备输出设备键盘、鼠标、扫描仪等显示器、打印机、扬声器等存储设备网络设备硬盘、光驱、U盘等网卡、路由器、交换机等实时操作系统响应时间要求确定性实时操作系统需要在严格的时间实时操作系统需要确保系统响应限制内响应事件，这对于工业控时间始终在可预测范围内，这对制和航空航天等领域至关重要于安全关键型应用至关重要资源管理实时操作系统需要有效地管理系统资源，例如CPU、内存和外设，以满足实时应用程序的需求嵌入式操作系统智能设备汽车电子工业控制嵌入式操作系统广泛应用于智能手表、智能汽车仪表盘、导航系统等汽车电子设备也使工业机器人、数控机床等工业设备通常使用音箱等智能设备用嵌入式操作系统嵌入式操作系统进行控制分布式操作系统定义优点分布式操作系统是指将操作系统功能分布分布式操作系统具有更高的可靠性，因为到多个计算机节点上，这些节点通过网络它允许在一个节点出现故障时，其他节点互联，共同管理系统资源继续运行每个节点运行一个独立的操作系统，但它此外，分布式操作系统可以提供更高的性们协同工作，为用户提供统一的系统视图能，因为它们可以将任务分配给多个节点，并利用这些节点的资源来完成工作云计算操作系统资源管理多租户云计算操作系统管理着虚拟化资源，例如虚拟允许多个用户共享相同的硬件和软件资源，提机、存储和网络高资源利用率弹性伸缩安全性动态调整资源配置，以满足不同应用的需求提供安全机制，保护用户数据和应用程序安全移动操作系统触摸交互移动应用移动操作系统通常依赖于触摸屏移动操作系统支持各种应用，包界面，为用户提供直观的交互方括游戏、社交媒体、导航等，扩式展了用户的移动体验资源管理安全保障移动操作系统管理有限的电池寿移动操作系统实施安全措施，保命、存储空间和处理能力，以优护用户数据和设备免遭恶意软件化设备性能和入侵操作系统安全访问控制数据完整性限制对系统资源的访问，防止未保护数据免受未经授权的更改或经授权的访问或修改损坏，确保数据准确性和可靠性身份验证恶意软件防御验证用户的身份，防止冒充，确保护系统免受病毒、蠕虫、木马保只有授权用户才能访问系统等恶意软件的攻击操作系统性能评测操作系统性能评测是评估操作系统效率和稳定性的关键步骤它可以帮助识别性能瓶颈，并优化系统配置12吞吐量延迟每秒处理的请求数量请求响应时间34资源利用率可靠性CPU、内存和磁盘使用情况系统稳定性和故障率操作系统发展趋势云计算与虚拟化人工智能与机器学习

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2.12云计算技术改变了操作系统架构虚拟化技术实现资源共享操作系统将融入人工智能与机，提高效率，节约成本器学习，实现更智能化的资源管理，提升系统性能和安全性物联网与边缘计算安全性与隐私保护

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4.34物联网设备数量不断增加，操随着网络攻击越来越复杂，操作系统将支持边缘计算，实现作系统将更加重视安全性与隐更快速、高效的数据处理私保护，提供更强大的安全机制本课程总结知识体系学习曲线未来发展本课程涵盖操作系统基本概念、核心功能和关操作系统是一个复杂且重要的主题本课程为操作系统领域不断发展，未来将继续朝着高性键技术从操作系统定义和功能，到处理器管学员提供了全面且深入的学习体验通过理论能、高可用性、安全性、可扩展性、智能化方理、内存管理、设备管理、文件管理，以及进知识和实际应用的结合，学员能够掌握操作系向发展学习操作系统原理有助于学员理解未程管理、并发与同步、死锁问题等核心主题，统的基础知识和关键技术，为未来的学习和工来技术趋势，为未来的学习和研究提供方向并介绍了虚拟化技术、文件系统、输入/输出子作奠定坚实基础系统等同时探讨了实时操作系统、嵌入式操作系统、分布式操作系统、云计算操作系统和移动操作系统等不同类型课堂互动与讨论课堂互动是学习的重要环节积极参与讨论，可以加深对操作系统原理的理解老师鼓励学生提出问题，并与同学分享见解讨论环节可以帮助学生掌握知识，并锻炼思考能力问题解答本节课将为同学们解答课程中遇到的所有问题，并鼓励大家积极提问，共同探讨操作系统领域的知识和应用我们会根据同学们的问题进行深入讲解，并提供详细的答案，帮助同学们更好地理解和掌握操作系统相关知识此外，我们还会分享一些操作系统领域的最新研究成果和发展趋势，帮助同学们拓宽视野，激发学习兴趣。