现代操作系统课件

现代操作系统概论操作系统的定义和功能管理计算机硬件资源，如、内存提供用户界面，方便用户使用计算机CPU、磁盘和外设提供程序运行环境，支持应用程序的执行操作系统的分类与发展历程现代操作系统1Windows,Linux,macOS多用户操作系统2UNIX,Multics批处理操作系统3IBM1401,OS/360单用户操作系统4MS-DOS,CP/M操作系统的基本组成内核系统调用接口系统程序123操作系统的核心，管理系统资源，应用程序与内核交互的桥梁，提供辅助内核完成系统管理任务，如文控制硬件系统服务件系统、网络操作系统的核心概念进程线程一个正在执行的程序的实例，是进程中的一个执行单元，共享进操作系统资源分配的基本单位程的资源，但拥有自己的执行栈和程序计数器内存管理文件管理管理计算机内存资源，分配和回管理存储在磁盘上的文件和目录收内存空间，提供虚拟内存等机，提供文件访问和操作接口制进程管理进程管理是操作系统中最重要的功能之一，负责创建、调度和终止进程，以及分配和管理进程所需的系统资源进程创建进程调度进程终止创建新进程的步骤包进程调度算法决定了进程终止时，操作系括分配进程、分哪个进程应该获得统会释放进程占用的ID CPU配内存空间、加载程资源，以最大程度地所有资源，并将进程序代码和数据利用时间，并提高状态设置为已终止CPU系统性能进程的状态及转换就绪状态1进程已准备就绪，等待分配CPU运行状态2进程正在执行阻塞状态3进程等待某个事件，例如完成I/O进程调度算法先来先服务最短作业优先优先级调度时间片轮转FCFS SJF按照进程到达的顺序进行调度优先调度预计执行时间最短的根据进程优先级进行调度，优将时间分成时间片，每个CPU，简单易实现，但可能导致短进程，可以提高系统吞吐量，先级高的进程优先执行，可以进程轮流执行一个时间片，适作业长时间等待，不公平但需要提前知道作业长度，难满足重要任务的快速执行，但合交互式系统，但可能存在时以预测需要合理设置优先级间片过长或过短的问题并发与同步并发同步多个进程或线程同时运行，但实际上可能交替执行多个进程或线程访问共享资源时，需要协调它们的访问，确保数据一致性临界区与互斥机制临界区互斥机制共享资源的代码段，多个进程需要访问，必须互斥访问，避免数据确保一次只有一个进程访问临界区，通过信号量、锁等机制实现竞争内存管理内存管理是操作系统最重要的功能之一，负责分配、管理和回收系统内存资源内存分配内存保护操作系统负责将内存分配给不同的进操作系统确保每个进程只能访问分配程和程序给它的内存区域，防止其他进程的干扰虚拟内存技术扩大地址空间多任务处理虚拟内存允许程序使用比物理内虚拟内存允许多个进程共享物理存更大的地址空间，从而可以运内存，提高内存利用率行更大的程序内存保护虚拟内存提供了内存保护机制，防止一个进程访问另一个进程的内存空间文件管理文件管理是操作系统的重要功能之一，负责管理和组织存储在计算机系统中的数据和程序文件系统文件操作操作系统使用文件系统来组织文件，操作系统提供创建、删除、读写、复并提供对文件的访问控制制、移动、重命名等文件操作文件系统结构树形结构层次结构大多数文件系统采用树形结构，以目文件系统以层次结构组织文件，方便录为节点，文件为叶子节点用户管理和访问网络文件系统分布式文件系统允许用户访问不同位置的网络资源文件系统操作创建和删除文件打开和关闭文件12文件系统提供创建新文件和删打开文件以进行读写操作，关除现有文件的操作闭文件释放资源读写文件重命名和移动文件34从文件读取数据或写入数据到修改文件名称或将文件移至不文件同位置输入输出管理操作系统管理和控制计算机系统的所有资源，包括输入输出设备输入输出管理是操作系统中至关重要的组成部分，负责协调和控制硬件与软件之间的交互，有效利用设备资源设备驱动程序设备分配数据缓冲区连接硬件和软件的桥分配和释放硬件设备管理缓冲区，提高数梁，提供统一的接口，确保不同应用程序据传输效率，避免，屏蔽硬件差异能够安全访问设备资等待操作CPU I/O源设备管理硬件管理驱动程序管理设备分配设备访问控制管理计算机系统中的硬件资源负责加载、卸载和管理设备驱分配和管理设备资源，例如打控制对设备的访问权限，以确，例如、内存、磁盘和外动程序，以使操作系统能够与印机、扫描仪和网络接口，以保数据安全和系统稳定性CPU设硬件设备进行交互供多个进程共享磁盘管理数据存储文件系统12磁盘管理负责数据的存储和检它管理文件系统，包括文件分索配和组织物理磁盘性能优化34它负责分配磁盘空间和管理物通过磁盘调度算法提升磁盘性理磁盘能安全性与保护机制操作系统必须提供安全机制，防止恶意用户或程序破坏系统或其他用户的资源访问控制权限管理数据加密安全审计限制用户对系分配不同用户保护敏感数据跟踪系统活动统资源的访问或进程不同的的机密性，记录安全事权限操作权限件访问控制与权限管理用户身份验证资源访问控制确保用户是他们声称的人，防止限制用户对系统资源（如文件、未经授权的访问文件夹、程序）的访问权限权限管理分配不同的访问权限给不同的用户或用户组操作系统的引导启动操作系统引导启动是计算机启动时执行的第一步，它加载并初始化操作系统，为用户提供一个可用的系统环境启动引导操作系统加载12计算机加电后，程序会读引导加载程序会将操作系统内BIOS取主引导记录（），并加核加载到内存中，并开始执行MBR载引导加载程序（系统初始化操作Boot）Loader系统初始化3操作系统会初始化内存、硬件设备、文件系统等，并准备用户界面，完成系统启动过程操作系统的安装与配置下载安装包从官方网站或可靠来源下载操作系统安装包启动安装程序将安装包刻录到光盘或使用USB启动盘，然后启动安装程序分区和格式化根据需要对硬盘进行分区和格式化，分配适当的空间给操作系统和其他数据安装操作系统选择语言、时间区域等设置，并按照提示进行安装过程配置基本设置完成安装后，配置基本设置，例如用户帐户、网络连接和驱动程序操作系统概述Windows是全球最流行的操作系统之一，拥有庞大的用户群和广泛的应用领域Windows图形用户界面丰富的应用程序以其直观的图形用户界面拥有庞大的软件库，涵盖Windows Windows而闻名，易于学习和使用各种领域，满足用户的不同需求进程管理Windows创建进程内存管理使用函数创建采用分页式内存管理，为每Windows CreateProcessWindows进程，指定可执行文件和参数个进程分配独立的虚拟地址空间线程管理支持多线程编程，允许在单Windows个进程中创建多个线程，提高效率内存管理Windows分页式内存管理虚拟内存内存保护机制使用分页式内存管理，将物理内使用虚拟内存来扩展可用内存，提供内存保护机制，防止程序访Windows Windows Windows存划分成固定大小的页面，并将虚拟内存允许程序使用超过物理内存的内存空间问其他程序的内存空间，从而提高系统稳划分为同样大小的页框定性文件系统WindowsNTFS FAT32新技术文件系统是的主要文件系统，它提供高级功能，例如文件分配表是一种较旧的文件系统，主要用于闪存设备，例如NTFS WindowsFAT32闪存盘•USB文件和文件夹权限•卡•SD磁盘配额•压缩文件•加密文件•设备驱动程序Windows硬件抽象层驱动程序类型设备驱动程序充当操作支持多种类型的驱动程WindowsWindows系统和硬件之间的桥梁，提供硬序，包括设备驱动程序、系统驱件抽象层，简化应用程序与设备动程序、虚拟机驱动程序等，满的交互足不同硬件设备的需求驱动程序开发提供丰富的驱动程序开发工具和文档，支持使用和等语言Windows C++C#开发驱动程序，并提供调试和测试工具操作系统概述Linux是一款自由和开源的操作系统，在服务器、嵌入式系统和桌面环境中广泛Linux使用它以其稳定性、安全性、灵活性和强大的社区支持而闻名内核用户空间12内核是系统的核心，负用户空间包含用户程序和应用Linux责管理系统资源，如内存、处程序，以及与内核交互的系统理器和外设调用接口工具集3GNU工具集提供了一套基本的命令行工具和库，用于构建和管理GNU Linux系统进程管理Linux进程树结构进程调度进程间通信使用树形结构组织进程，每个进程都内核使用多种调度算法来分配时提供多种机制，允许进程之间相互传Linux LinuxCPU Linux有一个父进程，可以派生子进程，形成一间，确保所有进程都能得到公平的运行机递信息和数据，实现协作和数据共享个树状的进程关系会内存管理Linux虚拟内存进程地址空间使用虚拟内存技术，将物理内存每个进程拥有独立的虚拟地址空间，Linux扩展到磁盘空间防止相互干扰页面置换算法使用等算法，选择最少使用的页LRU面进行替换文件系统Linux层次结构虚拟文件系统（）12VFS文件系统采用树状结构，提供一个统一的接口，使Linux VFS以根目录（）为起点，包含应用程序可以访问不同类型的/各种子目录和文件文件系统，如、和ext4XFSNTFS文件系统类型3支持多种文件系统类型，包括、、和，每个Linux ext2/3/4XFS BtrfsZFS类型都有其优缺点和适用场景设备驱动程序Linux内核模块设备模型驱动程序类型设备驱动程序以内核模块的形式存使用统一的设备模型来管理和访问支持多种驱动程序类型，包括字符Linux LinuxLinux在，可以在运行时动态加载和卸载各种硬件设备设备、块设备和网络设备。