【大学课件】操作系统

操作系统概述操作系统是计算机系统的核心软件，它管理和控制计算机硬件资源，并为应用程序提供运行环境操作系统的发展历程第一代年代年代1940-19501机器语言编程，批处理系统，无操作系统概念第二代年代年代1950-19602汇编语言编程，多道程序设计，引入操作系统概念第三代年代年代1960-19703高级语言编程，分时系统，交互式操作界面第四代年代至今1980-4图形用户界面，网络操作系统，移动操作系统操作系统的基本功能管理硬件资源提供用户界面管理应用程序操作系统负责管理计算机系统的硬件资源操作系统为用户提供一个友好的界面，方操作系统负责加载、执行和管理应用程序，包括CPU、内存、外设等，以确保它们便用户与计算机系统进行交互，执行各种，确保它们之间能够和谐地运行高效地运行操作进程管理进程的概念进程控制进程通信一个正在执行的程序的实例创建、终止、挂起、恢复和调度进程进程间的数据共享和同步进程同步与互斥同步互斥确保多个进程按特定顺序执行，防止多个进程同时访问同一共享协调访问共享资源资源，防止数据不一致关键区信号量共享资源访问的代码段，需要保一种同步机制，用于控制对共享护以保证互斥访问资源的访问次数内存管理内存分配内存保护将内存分配给不同的进程，以便防止一个进程访问另一个进程的它们可以存储数据和代码内存，从而保护系统完整性内存回收当一个进程不再需要内存时，将内存释放回操作系统，以便其他进程使用虚拟内存技术物理地址虚拟地址页表物理地址是内存芯片上的实际地址，用于访虚拟地址是由操作系统分配的逻辑地址，用页表用于将虚拟地址转换为物理地址，存储问实际存在的内存单元于访问程序中的数据和指令了虚拟地址和物理地址的映射关系设备管理管理计算机系统中各种硬件设备，例负责分配和协调设备的使用，防止冲如磁盘、打印机、键盘、鼠标等突和资源浪费提供统一的接口供应用程序访问设备，屏蔽设备的差异文件管理文件组织文件访问控制文件操作文件系统将磁盘空间划分为文件和目录，操作系统提供文件访问控制机制，例如用操作系统提供一系列文件操作，如创建、方便用户管理数据目录结构可以组织和户权限和访问控制列表，保护文件安全和删除、打开、关闭、读写、重命名等，便检索文件完整性于用户使用和管理文件磁盘调度算法先来先服务最短寻道时间优先FCFS SSTF按照请求到达顺序进行调度，简单易实现但效率低选择距离当前磁头位置最近的请求，提高了效率但可能导致饥饿扫描循环扫描SCAN C-SCAN磁头从一端扫描到另一端，处理沿途的请求，避免了饥饿问题磁头从一端扫描到另一端，然后直接返回到起始位置，提高了公平性输入输出管理设备管理数据传输12操作系统负责管理各种输入输操作系统负责将数据从一个设出设备，包括键盘、鼠标、显备传输到另一个设备，例如从示器、硬盘等等硬盘读取数据到内存中断处理3当一个设备完成了一个操作后，会向操作系统发送一个中断信号，操作系统需要处理这些中断信号中断处理硬件中断软件中断由硬件设备产生的中断，例如键盘、鼠标、磁盘等由软件产生的中断，例如除零错误、内存访问错误等操作系统的启动过程加电自检POST启动后，系统会进行硬件自检，确保所有组件正常工作引导加载程序BIOSBIOS找到存储在硬盘上的操作系统引导程序，并将控制权交给它内核加载引导程序加载操作系统内核到内存中，并初始化系统资源启动系统服务操作系统启动必要的系统服务，例如文件系统和设备驱动程序登录界面显示用户登录界面，允许用户登录系统操作系统的体系结构内核系统调用用户界面内核是操作系统的核心组件，负责管理系统系统调用是应用程序与内核交互的接口，提用户界面是用户与操作系统交互的接口，提资源供访问系统资源的功能供命令行或图形界面微内核结构核心功能服务器基本内存管理，进程管理和线程管理通过系统调用与用户程序交互模块化设计可选模块，如文件系统和网络协议单处理器系统单核处理器多核处理器只有一个核心，可以同时执行一个指令流有多个核心，可以同时执行多个指令流，提升性能多处理器系统并行处理资源共享高可靠性123多个处理器同时执行任务，提高系统处理器共享内存和外设，提高资源利一个处理器故障不会导致整个系统崩性能用率溃实时操作系统严格的时间约束确定性实时操作系统必须在规定的时间实时操作系统必须能够在预定的内完成任务，以满足对时间敏感时间内完成任务，而不会受到其的应用程序的要求他进程或中断的影响可靠性实时操作系统必须高度可靠，以确保关键任务应用程序能够始终如一地执行分布式操作系统多个计算机系统通过网络连接在一起共享资源，例如处理器、内存、存储，共同完成任务设备等系统之间需要进行通信，以协调和同步任务执行操作系统的发展趋势云计算移动设备人工智能云操作系统提供虚拟化，按需扩展和资源移动操作系统优化电池寿命，触控交互和操作系统将融合AI技术，实现智能化资源共享，降低成本并提高效率移动网络，满足用户对便携性和连接性的分配，安全管理和个性化服务需求操作系统Linux开源性稳定性和可靠性多功能性Linux是一种开源操作系统，其源代码可供Linux以其高度稳定性和可靠性而闻名，使Linux支持多种桌面环境和应用程序，可以任何人自由使用、修改和分发这为开发其成为服务器、嵌入式系统和各种应用的理满足不同用户的需求它在服务器、桌面人员提供了高度的灵活性，并促进了社区驱想选择电脑、移动设备和嵌入式系统中都有广泛的动的创新应用操作系统Windows历史悠久图形界面微软公司开发，起源于1985年的以其友好的图形界面而闻名，易MS-DOS系统，发展至今已有30于使用，广泛应用于个人电脑、多年历史服务器和移动设备版本多样应用广泛提供不同的版本，从Windows10在全球范围内拥有庞大的用户群Home到Windows Server2022，覆盖个人、企业、教育和政府，以满足不同用户的需求等领域操作系统Unix多用户多任务支持多个用户同时使用系统允许多个程序同时运行层次文件系统命令行界面将文件组织成树状结构，方便管理通过命令行输入指令，控制系统嵌入式操作系统资源受限实时性要求嵌入式系统通常具有有限的内存许多嵌入式应用需要在特定时间、处理能力和存储空间内完成任务，例如工业控制或医疗设备专用性强嵌入式操作系统通常针对特定硬件和应用而设计操作系统安全性访问控制数据完整性系统可靠性用户身份验证防止未经授权的访问操作系统确保数据不被篡改或损坏，包保证操作系统稳定运行，防止验证用户身份，防止未经授权资源，包括文件、目录和设备括防止恶意软件入侵和数据泄崩溃或错误，并确保系统资源的用户访问系统资源和敏感信露可用性息进程调度算法先来先服务最短作业优先1FCFS2SJF最简单的调度算法，按照进程选择下一个运行的进程，其估到达的顺序进行调度计运行时间最短优先级调度时间片轮转34为每个进程分配一个优先级，为每个进程分配一个时间片，优先级高的进程优先运行当时间片用完后，进程被强制切换到就绪队列等待下次调度存储器管理技术分区管理分页管理分段管理将内存划分为固定大小的区域，方便分配和将程序划分成固定大小的页面，提高内存利将程序划分成逻辑意义上的段，方便程序的回收内存用率模块化管理文件系统设计目录结构存储分配组织文件和文件夹的层次结构磁盘空间分配策略，如连续分配、链接分配、索引分配访问控制用户和组的权限控制，防止非法访问和修改输入输出子系统硬件接口数据传输12负责管理各种外部设备，如键盘、鼠标、打印机等负责在操作系统和外部设备之间传递数据设备驱动程序缓冲区管理34为特定设备提供软件接口，使操作系统能够控制和使用设备使用缓冲区来提高数据传输效率，减少系统等待时间操作系统性能评价操作系统的未来发展云计算1人工智能2物联网3移动设备4。