华中科技大学操作系统课件全集

华中科技大学操作系统课件全集本课件涵盖了操作系统课程的各个方面，从基础概念到高级主题，从理论知识到实践应用，为学生深入学习操作系统提供全面的指导课程简介操作系统概述进程管理12介绍操作系统的基本概念、功深入探讨进程管理的核心内容能和重要性，包括操作系统的，包括进程的概念、进程状态发展历史、类型和结构转换、进程控制和进程通信等内存管理系统I/O34讲解内存管理的原理和技术，介绍系统的组成、工作原I/O包括内存分配策略、页面置换理，以及各种设备的管理I/O算法、虚拟内存等和控制方法操作系统基础概念进程线程正在执行的程序，是操作系统分配资进程中的执行单元，共享进程的资源源的基本单位，可提高并发效率内存管理管理内存空间，分配和回收内存资源进程管理进程概念进程状态进程控制块PCB进程是程序的一次执行过程，是操作系进程可以处于运行、就绪、阻塞等状态存储了进程相关的信息，例如进程PCB统分配资源的基本单位，状态之间可以转换标识符、进程状态、程序计数器、内存地址等进程调度调度算法

1、、优先级调度、时间片轮转、多级反馈队列等FCFS SJF调度目标2提高利用率，缩短平均周转时间，减少平均等待时间等CPU调度策略3抢占式调度、非抢占式调度并发与同步并发同步多个任务同时执行，提高系统效率协调并发任务，避免数据冲突死锁互斥条件占有并等待资源只能被一个进程占用，其他进程在占用资源时申请其他资源进程需要等待，并保持已占用资源不可剥夺条件循环等待条件进程不能强行剥夺其他进程已占多个进程形成一个环形等待链，有的资源每个进程都等待着链中下一个进程占有的资源内存管理物理内存虚拟内存内存管理单元计算机系统中实际存在的内存，由内存芯操作系统通过虚拟内存技术，将物理内存负责管理内存的硬件组件，负责将虚拟地片构成扩展到磁盘空间址转换为物理地址分页与分段分页分段将程序和数据划分成大小相等的页面，然后将页面装入内存根据程序的逻辑结构，将程序和数据划分成大小不等的段，然后将段装入内存虚拟内存扩展物理内存提高并发度简化内存管理虚拟内存允许程序使用比物理内存更多个程序可以共享物理内存，通过虚虚拟内存管理机制可以将内存的分配大的地址空间，通过将一部分数据暂拟内存技术，每个程序都拥有独立的和回收变得更加高效，简化了内存管存在磁盘上，模拟更大的内存空间虚拟地址空间，互不干扰理的复杂度系统I/O硬件接口驱动程序系统与硬件设备的连接方式用于控制和管理特定硬件设备的I/O，例如键盘、鼠标、显示器等软件模块数据传输中断处理数据在设备和内存之间的设备完成操作时发送中断信I/O I/O传输方式，例如传输号给，并处理相应的事件DMA CPU磁盘管理磁盘调度文件分配优化磁盘访问顺序，提高效率管理磁盘空间分配和文件组织数据安全保护数据完整性和防止数据丢失文件系统文件组织访问控制文件系统用于组织和管理计算机上的文件系统提供对文件的访问权限控制文件和目录，确保数据安全存储管理文件系统负责将文件存储到磁盘，并管理磁盘空间的使用设备驱动程序作用类型设计设备驱动程序充当操作系统和硬件设备常见的设备驱动程序类型包括块设备驱设备驱动程序的设计需要考虑硬件设备之间的桥梁，为用户提供操作设备的接动程序（例如硬盘）、字符设备驱动程的特点，并遵循操作系统的驱动程序框口，并将硬件设备的底层操作封装起来序（例如键盘）、网络设备驱动程序（架，以确保安全可靠地访问和操作硬件例如网卡）等设备用户接口图形用户界面命令行界面GUI CLI提供直观易用的交互方式，使用户通过输入命令来与操作系用户更容易操作计算机统进行交互，适合高级用户用户体验UX关注用户在使用系统时的感受，使其更加流畅、友好安全与保护系统安全数据安全保护操作系统免受恶意攻击和非确保用户数据机密性和完整性法访问资源保护防止不同用户之间相互干扰实时操作系统工业自动化医疗设备自动驾驶实时操作系统在工业自动化领域中扮演着在医疗设备中，实时操作系统保障着关键自动驾驶汽车需要实时操作系统来处理传关键角色，确保机器和设备以精确的时序数据的采集和处理，例如心率监测、血压感器数据，做出快速准确的决策，保证安运行测量等全驾驶嵌入式操作系统定义应用领域主要特点专门为嵌入式系统设计的操作系统，具广泛应用于手机、智能家居、汽车、工体积小、效率高、实时性强、可靠性高有资源受限、实时性和可靠性等特点业控制等领域、安全性高操作系统概述Linux是一款开源操作系统，在服务器、桌面、嵌入式系统等Linux领域广泛应用它具有稳定、可靠、安全、免费等优点，并拥有庞大的用户社区和丰富的软件资源系统基于标准，提供丰富的系统调用和编程接Linux POSIX口，支持多种硬件平台和编程语言进程管理Linux进程创建进程终止函数创建新进程，并复制父进函数使进程正常终止，而fork exit程的内存空间函数可强制终止进程kill进程间通信管道、消息队列、共享内存、信号量等机制，允许进程间协同工作内存管理Linux虚拟内存页面分配内存映射使用虚拟内存来扩展可用内使用页框来管理内存，每个支持内存映射文件，允许应Linux LinuxLinux存它将硬盘空间用作额外的内存，页面通常为当应用程序需要用程序直接访问磁盘文件的内容，而4KB允许应用程序使用比物理内存更多的内存时，会分配页框来满足无需将整个文件加载到内存中Linux内存其需求文件系统Linux层次结构虚拟文件系统元数据VFS使用分层文件系统结构，允许提供统一的接口，允许应用程序每个文件系统都有一个元数据区域，Linux VFS将磁盘空间组织成目录和文件访问各种文件系统，例如、它存储有关文件和目录的信息，例如ext4XFS和权限、所有者和时间戳NTFS设备驱动程序Linux内核交互模块化设计测试与调试驱动程序是连接内核和硬件设备的桥梁，驱动程序采用模块化设计，可以方驱动程序开发需要进行严格的测试和调试Linux负责处理硬件的访问和操作便地加载和卸载，提高系统灵活性，以确保其稳定性和可靠性网络编程Linux套接字网络协议网络工具网络编程的核心是套接字，它是了解、和等网络熟悉网络工具，例如、和Linux TCP/IP UDPICMP pingnetstat一种用于进程间通信的抽象接口，支持协议，以及它们在网络通信中的作用，，可以帮助您诊断和调试网络问ifconfig和协议是网络编程的基础题TCP/IP UDP系统编程Linux系统调用进程管理系统编程涉及与内核进行学习如何创建、终止、管理进程Linux交互，通过系统调用来访问底层，以及进程间通信，包括信号、资源，例如文件系统、网络、内管道、消息队列等存等内存管理文件系统掌握内存分配、释放、共享机制了解文件系统结构，学Linux，以及虚拟内存、内存映射等概习文件操作、目录操作，以及文念件系统管理等安全管理Linux安全审计防火墙配置用户权限管理定期审计系统配置、用户活动和安全日志使用或其他工具配置防火墙规则根据需要分配用户权限，最小化用户特权iptables，识别潜在的安全漏洞和威胁，阻止来自外部网络的恶意访问，限制用户访问敏感资源内核分析Linux内核结构系统调用深入了解内核的组件和研究用户空间和内核空间之间Linux模块，例如进程调度器、内存的交互方式，以及如何使用系管理、文件系统等统调用访问内核功能驱动程序分析设备驱动程序的架构，以及如何与硬件交互并管理设备资源性能优化Linux优化系统资源使用，例如、内分析和调整系统配置参数，例如内核CPU存、磁盘和网络带宽参数、文件系统参数和网络参数I/O优化应用程序代码，例如使用高效的算法和数据结构操作系统发展趋势云计算移动设备云计算技术不断发展，为操作系移动设备的普及推动了操作系统统带来了新的挑战和机遇例如向轻量级、低功耗和高性能方向，云操作系统需要支持虚拟化、发展例如，和Android iOS资源管理和安全保障等功能操作系统已经成为移动设备的标配人工智能人工智能的兴起正在影响着操作系统的设计例如，驱动的操作系统AI可以根据用户的行为和偏好提供个性化的服务和体验课程小结与展望课程总结未来展望本课程系统地介绍了操作系统的基本原理、核心概念和关键技术随着计算机技术的不断发展，操作系统领域也面临着新的挑战和从进程管理、内存管理、系统到文件系统，我们深入探讨机遇云计算、大数据、人工智能等新兴技术的出现，对操作系I/O了操作系统的各个关键组成部分统的性能、安全性和可扩展性提出了更高的要求。