《操作系统陆丽娜》课件

操作系统操作系统是计算机系统中最重要的组成部分之一它管理和控制计算机硬件资源，为用户提供一个友好的界面，并负责运行应用程序教学目标理解操作系统的基掌握操作系统的主

11.

22.本概念要功能学习操作系统的重要概念，例了解操作系统的核心功能，如如进程、线程、内存管理、文进程管理、内存管理、设备管件系统等理、文件管理等熟悉常见操作系统培养操作系统设计

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44.的特点和应用的能力了解不同类型操作系统，如通过学习，学生可以更好地理、、解操作系统的设计原理，并能Windows LinuxmacOS等，并熟悉它们的特点和应用应用相关知识解决实际问题场景什么是操作系统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计算机的指挥官，协调各个硬件组件，执行用户指令操作系统的功能管理计算机硬件资源提供用户界面管理文件和数据提供安全机制操作系统管理计算机硬件资源操作系统提供用户界面，例如操作系统管理文件和数据，包操作系统提供安全机制，例如，例如、内存、磁盘和命令行界面或图形用户界面，括创建、删除、复制和移动文用户身份验证和访问控制，保CPU打印机它分配资源给不同的使用户能够与计算机交互它件它还提供文件系统，使用护系统免受恶意攻击它还管应用程序，并确保资源的有效还提供工具和应用程序，帮助户能够组织和访问数据理用户权限，以防止未经授权利用用户完成各种任务的访问操作系统的分类批处理操作系统分时操作系统批处理操作系统将一批作业提交给系统，并按顺序执行，无需用户分时操作系统将时间分配给多个用户，每个用户都可以在短时CPU交互间内获得响应实时操作系统网络操作系统实时操作系统要求系统对事件做出快速响应，通常用于工业控制和网络操作系统支持多个计算机连接到一个网络，并共享资源和数据嵌入式系统进程管理进程概念进程是程序的一次执行过程，它包含了程序代码、数据和系统资源进程管理功能操作系统负责创建、撤销、挂起、恢复、调度进程，并管理进程之间的同步和通信进程控制块（）PCB每个进程都有一个PCB，它存储了进程的标识、状态、资源等信息，是操作系统管理进程的关键数据结构进程状态进程在生命周期中会经历多个状态，例如就绪状态、运行状态、阻塞状态等进程的状态与转换新建1进程被创建但尚未分配资源就绪2进程已分配资源，等待CPU运行3进程正在使用CPU阻塞4进程等待某个事件发生终止5进程完成或发生错误进程状态转换是指进程在生命周期中状态的变化进程的生命周期包括五种状态新建、就绪、运行、阻塞和终止进程间通信进程间通信（）允许不同进程共享数据和资源IPC机制用于协调进程之间的活动，提高系统效率IPC常见机制包括管道、消息队列、共享内存和信号量IPC死锁问题互锁资源争夺进程阻塞多个进程互相等待对方释放资源，导致所有当多个进程竞争使用相同的资源时，会导致当一个进程无法获取所需的资源时，它将被进程都无法继续执行死锁阻塞，无法继续执行死锁的四个必要条件互斥条件请求和保持条件不可剥夺条件循环等待条件资源只能被一个进程独占使用进程已经拥有至少一个资源，进程拥有的资源不能被其他进存在一个闭环的进程序列，每，其他进程无法访问该资源但又请求另一个资源，被阻塞程强制剥夺，只有进程主动释个进程都等待下一个进程释放放资源的资源死锁的预防和避免死锁预防死锁避免通过破坏死锁的四个必要条件来防止死锁发生在资源分配过程中动态检测可能导致死锁的状，例如采用资源预先分配策略或禁止循环等待况，并采取措施避免其发生，例如银行家算法内存管理内存管理是操作系统的重要组成部分，它负责管理计算机系统的内存资源，为运行的程序提供内存空间内存分配1为程序分配内存空间内存保护2防止程序访问未授权的内存区域内存共享3允许多个程序共享相同的内存区域内存回收4释放不再使用的内存空间内存分配策略首次适应算法最佳适应算法12从内存的起始地址开始查找，从内存中查找最小的可用分区直到找到一个足够大的空闲分，并将其分配给该进程区来容纳该进程最差适应算法伙伴系统34从内存中查找最大的可用分区将内存分成不同大小的块，每，并将其分配给该进程个块的大小都是的幂2虚拟内存扩大地址空间提高多道程序度虚拟内存允许程序使用比物理内虚拟内存允许系统同时运行多个存更大的地址空间，克服物理内程序，即使物理内存有限，也能存限制提高系统效率提高内存利用率增强系统安全性将程序分段存储在磁盘和内存中虚拟内存通过地址空间隔离，保，根据需要加载和替换，提高内护了不同进程的内存空间，增强存利用率，降低内存碎片了系统安全性页面置换算法最佳置换算法先进先出算法该算法假设可以预测未来对页面的访问，选择最久不会被访问的算法按照页面进入内存的顺序进行置换，先进入内存的页面FIFO页面进行置换最先被置换出去该算法无法在实际系统中实现，但提供了一个性能评估的基准该算法简单易实现，但可能会出现现象，即内存容量增大Belady时反而导致页面失效次数增加设备管理设备管理概述1设备管理是操作系统的重要组成部分，负责管理和控制计算机系统中的各种硬件设备设备驱动程序2设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的接口，用于控制设备的运行和数据传输设备分配与调度3操作系统负责将设备分配给不同的进程，并根据需求对设备进行调度，以提高效率磁盘管理磁盘调度算法磁盘空间管理提高磁盘利用率，减少磁盘等待管理磁盘空间分配和回收，常用时间，常见算法包括先来先服务的方法包括连续分配、链接分配，最短寻道时间优先，扫描算法、索引分配，循环扫描算法磁盘坏块管理磁盘坏块是指不能正常使用的磁盘空间，需要检测并进行标记，避免误操作，例如磁盘坏块管理技术文件管理文件系统目录结构12操作系统将数据存储在磁盘上，文件系统提供了管理文件的方式文件系统采用层次化的目录结构，方便用户管理文件，可以根据，确保数据组织合理，并为用户提供访问接口不同的类型进行分类，例如图片、文档、视频等文件属性文件操作34每个文件都有属性，例如文件名、大小、创建时间、修改时间、文件操作主要包括创建、打开、读写、删除、移动、复制、重命所有者、权限等等，这些信息方便用户了解文件信息名等操作，用户可以通过这些操作来管理文件文件系统结构层次结构文件目录文件系统采用树形结构，根目录位于顶部文件目录包含文件和子目录的列表，并提，其他目录和文件位于其下方树形结构供指向其在磁盘上的位置的指针目录结提供了清晰的文件组织方式，方便用户查构使文件组织更加灵活，方便用户管理大找和访问文件量文件文件存取方式顺序存取直接存取索引存取顺序存取是最简单的文件存取方式，文件只直接存取允许用户直接访问文件中的任何位索引存取利用索引结构快速定位文件中的特能按照顺序读写，访问速度较慢置，无需顺序访问，访问速度较快定记录，访问速度快，适合需要随机访问的文件安全与保护访问控制防止未经授权的访问，例如用户权限和密码验证恶意软件防护抵御病毒、蠕虫、木马等恶意软件的攻击，确保系统安全稳定数据完整性确保数据不被篡改或破坏，并提供数据恢复机制访问控制机制基于用户的访问控制基于角色的访问控制根据用户的身份和权限，确定用将用户分配到不同的角色，每个户对系统资源的访问权限，限制角色拥有特定的权限，角色可以用户操作访问特定资源基于对象的访问控制将系统资源划分为不同的对象，每个对象具有特定的访问控制列表，定义哪些用户可以访问哪些对象操作系统安全威胁病毒网络攻击12恶意软件会复制自身，损害系黑客利用漏洞，窃取或破坏数统文件据身份盗窃拒绝服务攻击34攻击者获取敏感信息，进行非攻击者阻止合法用户访问系统法操作或服务安全措施访问控制加密防火墙入侵检测系统访问控制机制是操作系统安全数据加密可以有效地保护敏感防火墙是一种网络安全设备，入侵检测系统用于检测IDS的重要组成部分它通过限信息通过将数据转换为只它可以阻止来自外部网络的未和响应对系统资源的恶意攻击制用户对系统资源的访问来保有授权用户才能理解的格式，经授权的访问防火墙通过通过监控网络和系统活IDS护系统免受未经授权的访问加密可以防止未经授权的访问检查进出网络的数据包来工作动来识别可疑行为操作系统的历史发展早期操作系统20世纪50年代出现，例如通用自动计算机UNIVAC和IBM的7090系统批处理操作系统20世纪60年代，例如IBM的OS/360和通用电气公司的Multics系统分时操作系统20世纪70年代，例如Unix系统和IBM的VM/370系统个人计算机操作系统20世纪80年代，例如苹果的Mac OS和微软的MS-DOS系统图形用户界面操作系统GUI20世纪90年代，例如微软的Windows和苹果的macOS系统移动操作系统21世纪，例如谷歌的Android和苹果的iOS系统和操作系统Unix LinuxUnix Linux是一个多用户、多任务的操作系统，它最是的一个开源实现，它在世纪Unix LinuxUnix2090初诞生于世纪年代末年代早期诞生，至今已发展成为世界上最流行2060的操作系统之一命令行界面开源和都以其强大的命令行界面而闻名，的开源特性使其成为一个非常活跃的社区UnixLinuxLinux这使得它们成为开发人员和系统管理员的理想，并为其带来了广泛的应用选择操作系统WindowsWindows10Windows11Windows Server是微软发布的最新操作系统，是的后续版本，是微软的服务器操作系统Windows10Windows11Windows10Windows Server拥有图形用户界面和多任务功能引入了新的设计语言和功能，用于企业和数据中心移动设备操作系统移动操作系统主要特点移动操作系统是专为移动设备设移动操作系统通常更轻量级，并计的操作系统，例如智能手机和优化了触摸屏交互，同时具有低平板电脑功耗和无线连接特性主流系统、、和是目前最流行的移动Android iOSWindows PhoneHarmonyOS操作系统操作系统的未来发展云计算人工智能云计算提供了一种将操作系统资源和服务按需人工智能技术将改变操作系统的设计和管理分配的方式它提高了资源利用率，降低了成例如，自动化的系统管理和个性化的用户体验本，并增强了灵活性量子计算网络安全量子计算能够处理传统计算机难以解决的复杂网络安全是操作系统的重要关注点未来的操问题，这将影响操作系统的发展作系统将更加注重安全性和隐私保护总结与展望未来趋势创新挑战学习与实践操作系统不断发展，支持新技术和硬件，例安全、性能、可靠性等方面将继续面临挑战深入理解操作系统原理，掌握编程技能，才如云计算、人工智能和物联网，需要创新解决方案能应对未来的挑战。