计算机操作系统课件

计算机操作系统概述操作系统是计算机系统的核心，管理着硬件资源和软件资源，为用户提供一个统一的界面，方便用户使用计算机操作系统主要负责管理计算机的内存、文件系统、进程、线程、中断和外设等，以确保系统的稳定运行和高效利用操作系统的定义和作用定义功能

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22.操作系统是计算机系统中最重它负责管理计算机系统的硬件要的系统软件和软件资源作用核心

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44.为用户提供一个友好、高效的操作系统是计算机系统中的核运行环境心操作系统的基本功能内存管理文件管理操作系统负责管理计算机系统的内存资源，为操作系统负责管理文件系统，提供创建、删除程序提供所需的内存空间，并确保程序之间的、修改、复制、读取和写入文件的功能，并组内存隔离织和维护文件存储空间用户管理设备管理操作系统负责管理用户身份和权限，控制用户操作系统负责管理计算机系统中的各种硬件设对系统资源的访问，并提供用户认证和安全管备，如磁盘、打印机、网络接口等，并为应用理程序提供统一的访问接口操作系统的分类批处理操作系统交互式操作系统批处理操作系统将作业以批次的形式提交交互式操作系统允许用户与系统直接交互给系统，并按顺序执行，及时获得反馈实时操作系统分布式操作系统实时操作系统要求系统能及时响应外部事分布式操作系统将多个计算机系统连接起件，并对事件进行处理来，共同完成一个任务单道批处理操作系统单道批处理操作系统是一种早期操作系统它一次只运行一个程序，程序执行完毕后才能运行下一个程序由于只能顺序执行，效率较低该系统利用穿孔卡片或磁带输入程序，并把结果打印到纸质报表上，没有交互性批处理系统主要适用于科学计算和数据处理等任务多道批处理操作系统资源共享提高利用率作业调度CPU多道程序设计允许多个程序同时驻留在内通过轮流执行多个程序，最大限度地利用操作系统负责调度程序执行顺序，确保各存中，共享系统资源了，提高了系统效率个程序都能获得执行机会CPU分时操作系统分时操作系统是一种多用户操作系统，它允许多个用户同时使用一台计算机它通过时间片轮转的方式，将处理器时间分配给不同的用户，从而使每个用户都感觉自己在独占地使用计算机分时操作系统的主要特点是快速响应、交互性、资源共享和安全性实时操作系统快速响应确定性行为高可靠性应用领域实时操作系统需要在严格的时实时操作系统保证响应时间和实时操作系统通常用于安全关实时操作系统广泛应用于工业间限制内完成任务，以满足实任务执行时间，以确保系统可键系统，需要确保系统稳定性自动化、医疗设备、航空航天时应用程序的要求靠性和可预测性和数据完整性等领域，提供实时控制和数据处理能力个人计算机操作系统个人计算机操作系统专为个人电脑设计，提供用户友PC OS好的界面和丰富的应用程序常见操作系统包括、和PC WindowsmacOS Linux通常支持图形用户界面，简化了用户与计算机的交PC OSGUI互操作系统的体系结构分层结构微内核结构客户机服务器结构/操作系统被分成多个层次将操作系统核心功能最小化操作系统被分成客户机和服每个层次都提供一些服务给，其他功能以模块形式实现务器两部分客户机请求服上层，并使用下层提供的服这种结构更灵活，更容易务，服务器提供服务这种务这种结构方便调试和维扩展结构更易于管理和扩展护进程管理进程创建1创建新进程，分配资源进程调度2选择进程，分配CPU进程同步3协调进程间通信进程通信4进程间数据交换进程终止5回收进程资源进程管理是操作系统核心功能之一，负责管理系统中运行的多个进程，确保它们有效运行并互相协调进程管理包括进程创建、调度、同步、通信和终止等进程的概念程序进程程序是一组指令，是静态的，不能独立执行进程是程序的执行过程，是动态的，有独立的执行空间进程的状态运行状态进程正在上运行，执行它的指令CPU就绪状态进程已准备好运行，但由于其他进程正在运行而等待CPU阻塞状态进程正在等待某个事件发生，例如操作完成I/O进程在生命周期中会不断转换这三种状态进程控制块进程标识符进程状态用于唯一标识一个进程它可以表示进程当前所处的状态，例如是数字、字符串或其他形式的标运行、就绪、阻塞等识符程序计数器寄存器CPU指示进程下一步要执行的指令地包含进程在执行过程中需要使用址的各种寄存器值，例如累加器、通用寄存器等进程调度算法先来先服务最短作业优先

11.FCFS

22.SJF进程按到达时间顺序执行，简选择预计运行时间最短的进程单易实现，但容易造成短作业优先执行，可以提高系统吞吐等待时间过长量，但需要预知作业执行时间优先级调度时间片轮转

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44.根据进程优先级选择进程，可每个进程分配一个时间片，轮以设置静态优先级或动态优先流执行，可以实现交互式系统级，优先级高的进程优先执行，但需要进行上下文切换，增加系统开销内存管理内存管理的重要性1内存管理是操作系统的核心功能之一，它负责分配和回收内存资源，保证程序高效运行内存管理目标2内存管理的目标是提高内存利用率，防止内存碎片，并确保程序之间相互独立内存管理方式3常见的内存管理方式包括连续分配、离散分配和虚拟内存技术，每种方式都有其优缺点内存管理的基本概念内存空间分配内存保护

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22.为程序和数据分配内存空间，防止程序访问未授权的内存区确保程序之间不会相互干扰域，保护系统安全性和稳定性内存共享内存回收

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44.允许多个程序共享内存空间，释放不再使用的内存空间，为提高内存利用率，并方便程序新的程序和数据提供空间之间的数据交互连续分配方式单一连续分配固定分区分配将整个内存空间分配给一个进程，每个将内存划分成固定大小的区域，每个区进程占据一块连续的内存区域简单易域可以分配给一个进程内存利用率比于实现，但是内存利用率低，可能导致单一连续分配更高，但仍可能存在内存内存碎片碎片问题离散分配方式分页式内存管理分段式内存管理将内存空间划分为大小相等的页将程序划分为逻辑上独立的段，面，程序也划分为相同大小的页每个段对应于程序中一个逻辑单面程序的各页面可以在内存中元，例如函数、数组或数据结构不相邻，实现程序的非连续分配段页式内存管理结合了分页和分段的优点，将程序分成段，然后将每个段分成页面这种方式提供了更灵活的内存分配方式虚拟内存技术虚拟内存的概念分页式虚拟内存分段式虚拟内存虚拟内存的优势虚拟内存是将逻辑地址空间映将虚拟内存划分为固定大小的将虚拟内存划分为逻辑上连续可以运行比物理内存更大•射到物理地址空间的技术页，物理内存也划分为相同大的段，物理内存也划分为段的程序小的页框允许多个程序同时运行•提高系统资源利用率•文件管理文件的概念和特性文件是存储在计算机上的信息集合每个文件都有一个唯一的文件名和扩展名文件具有大小、创建时间、修改时间等属性文件系统结构文件系统组织和管理磁盘上的文件和目录常见的结构包括树状结构和图状结构文件存储空间管理操作系统管理磁盘上的存储空间，分配给不同的文件和目录常见的方法包括连续分配、链接分配和索引分配文件读写操作操作系统提供文件读写操作接口，允许应用程序访问和操作文件内容文件的概念和特性文件数据集合命名和属性安全属性信息存储和管理的基本单位包含数据、程序、文本、图像文件名访问权限控制，防止数据被恶•、音频、视频等意修改或删除文件类型•创建时间•文件大小•文件系统结构文件目录结构文件分配方式

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22.文件目录结构指文件在存储介质上的组文件分配方式决定了文件在存储介质上织方式，它为用户提供了一种方便的查的物理存储方式，不同的分配方式会影找和访问文件的方法响文件的访问速度、存储效率等文件访问控制文件系统安全

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44.文件访问控制机制用于保护文件信息，文件系统安全是指保护文件信息的安全防止非法访问，它规定了不同的用户对，防止数据丢失、损坏、被恶意篡改等文件的访问权限，例如读、写、执行等，常见的安全机制包括访问控制、加密、备份等文件存储空间管理连续分配方式连续分配方式简单易行，但会导致外部碎片问题外部碎片是指内存中存在一些空闲空间，但这些空间太小，无法满足用户的需求因此，连续分配方式容易导致内存利用率低下链接分配方式链接分配方式可以克服外部碎片问题，但会导致内存访问速度变慢因为需要根据链接指针来查找文件块，因此会增加磁盘访问次数索引分配方式索引分配方式结合了连续分配和链接分配的优点，既可以克服外部碎片问题，又可以提高内存访问速度但是，索引分配方式需要额外的空间来存储索引信息文件读写操作文件读取操作文件写入操作读写操作的类型将文件内容从存储介质传输到主内存的操将主内存中的数据传输到存储介质的操作顺序访问、直接访问、索引访问作输入输出管理/设备I/O1键盘、鼠标、显示器、打印机等控制I/O2管理设备、分配资源I/O数据传输3负责数据在和设备之间传输CPU I/O错误处理4处理设备的故障和错误I/O输入输出管理是操作系统的重要组成部分/它负责管理计算机系统中所有设备，包括分配资源、控制数据传输和处理错误I/O I/O I/O设备的种类I/O输入设备输出设备例如键盘、鼠标、扫描仪、麦克风等，它们将外部信息转换为计算机例如显示器、打印机、音箱、绘图仪等，将计算机处理的结果以人类能够识别的信号可以理解的形式呈现出来设备的管理I/O设备驱动程序设备独立性设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，负责控制设备设备独立性是指操作系统屏蔽硬件设备的差异，让应用程序以统的运行一的方式访问各种设备设备分配策略缓冲区管理设备分配策略决定了如何将设备分配给多个进程，提高资源缓冲区管理用于协调和设备之间的数据传输速度，提高I/O CPUI/O利用率系统效率中断机制硬件中断软件中断

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22.硬件中断由硬件设备触发，例如键盘输入、硬盘访问完成软件中断由程序执行指令触发，例如除零错误、访问非法内存地址中断处理过程中断向量表

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44.中断发生时，会保存当前执行状态，然后转去执行中中断向量表存储着各种中断类型对应的中断处理程序地址CPU断处理程序设备驱动程序硬件控制驱动程序负责管理硬件设备的资源，控制硬件设备的运行状态，并完成对硬件设备的控制软件接口驱动程序充当操作系统与硬件设备之间的桥梁，为硬件提供软件接口，实现硬件操作的抽象操作系统的发展趋势云计算移动设备云操作系统是未来发展趋势，提供资源共享、移动设备操作系统不断发展，注重轻量级、功按需分配、服务灵活等优势耗管理、安全性和多任务处理人工智能物联网人工智能技术融入操作系统，增强系统性能，物联网操作系统面向海量设备，需要低功耗、例如自动调优、安全监测和智能辅助高可靠性、安全性和互操作性。