《操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識》課件

操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識歡迎來到《操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識》的PPT課件。在這堂課中，我們將一步步探索操作系統(tǒng)的定義、發(fā)展歷程、分類和特點(diǎn)、以及如何管理系統(tǒng)資源、進(jìn)程、線程、內(nèi)存、文件系統(tǒng)和I/O設(shè)備。讓我們開始吧！操作系統(tǒng)的定義和作用操作系統(tǒng)是一種軟件，可以管理和控制計算機(jī)系統(tǒng)的各種資源，如處理器、內(nèi)存、輸入/輸出設(shè)備等。操作系統(tǒng)的主要作用是提供一個用戶友好的接口，使得用戶可以方便地運(yùn)行各種應(yīng)用程序和完成各種任務(wù)。歷史起源操作系統(tǒng)的概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代的IBM系統(tǒng)上。FredBrooks在《人月神話》一書中提出了操作系統(tǒng)的概念。發(fā)展趨勢現(xiàn)代操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是分布式、網(wǎng)絡(luò)化和安全化，為云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能提供支持。重要性操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)中最重要的軟件之一，影響著計算機(jī)的性能、可靠性和安全性。操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程操作系統(tǒng)經(jīng)歷了從最初的單道批處理系統(tǒng)到現(xiàn)代的分時、實(shí)時、分布式和網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程。1單道批處理系統(tǒng)1955年，IBM公司推出了操作系統(tǒng)的概念，最初的操作系統(tǒng)是單道批處理系統(tǒng)。2分時操作系統(tǒng)1961年，MIT的CTSS系統(tǒng)成為了世界上第一個分時操作系統(tǒng)。3實(shí)時操作系統(tǒng)20世紀(jì)60年代中期，實(shí)時操作系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，主要用于軍事、航空和工控領(lǐng)域。4分布式操作系統(tǒng)20世紀(jì)80年代，分布式操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)，使得多臺計算機(jī)可以協(xié)同工作。操作系統(tǒng)的分類和特點(diǎn)操作系統(tǒng)可以分為批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實(shí)時系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等，各種操作系統(tǒng)有著不同的特點(diǎn)和適用范圍。批處理系統(tǒng)適用于大型計算機(jī)，在處理大量批處理任務(wù)時效率高。分時系統(tǒng)適用于多用戶的計算機(jī)系統(tǒng)，將處理器和其他資源按照時間分配給多個用戶。實(shí)時系統(tǒng)適用于對反應(yīng)時間和可靠性要求非常高的領(lǐng)域，如軍事、航空和工控等。分布式系統(tǒng)適用于多臺計算機(jī)協(xié)同工作的系統(tǒng)，具有高性能、高可靠性和可擴(kuò)展性。系統(tǒng)資源管理操作系統(tǒng)需要管理計算機(jī)系統(tǒng)中各種資源，提供公平的分配和協(xié)調(diào)不同資源之間的競爭關(guān)系。1處理器管理操作系統(tǒng)通過進(jìn)程調(diào)度算法和線程同步機(jī)制管理處理器資源。2內(nèi)存管理操作系統(tǒng)通過虛擬內(nèi)存、分頁機(jī)制和頁面置換算法管理內(nèi)存資源。3輸入輸出管理操作系統(tǒng)通過設(shè)備驅(qū)動程序和中斷機(jī)制管理各種I/O設(shè)備資源。4文件管理操作系統(tǒng)通過文件系統(tǒng)管理磁盤上的文件資源，提供訪問和保護(hù)機(jī)制。進(jìn)程和線程進(jìn)程是程序在執(zhí)行過程中的一個實(shí)例，擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間和運(yùn)行狀態(tài)；線程是進(jìn)程中的一個執(zhí)行單元，共享進(jìn)程的資源。進(jìn)程狀態(tài)新建、就緒、運(yùn)行、阻塞和結(jié)束。線程模型多對一、一對一、多對多。協(xié)程通過用戶態(tài)的上下文切換實(shí)現(xiàn)協(xié)作式多任務(wù)處理。進(jìn)程調(diào)度算法進(jìn)程調(diào)度算法是操作系統(tǒng)內(nèi)核的核心部分，決定了進(jìn)程在處理器上的執(zhí)行順序。優(yōu)先級調(diào)度算法按照進(jìn)程的優(yōu)先級來進(jìn)行調(diào)度，高優(yōu)先級的進(jìn)程先被執(zhí)行。輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法按照時間片來進(jìn)行調(diào)度，時間片到的進(jìn)程被暫停并等待下個時間片。多級反饋隊列調(diào)度算法將進(jìn)程按照不同的優(yōu)先級劃分到不同的隊列中，并根據(jù)歷史運(yùn)行情況動態(tài)調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級和時間片大小。線程同步與互斥同步和互斥是多線程編程中重要的概念，用于協(xié)調(diào)和保護(hù)共享資源。1同步線程間的協(xié)作，保證同時進(jìn)行的線程的順序和互斥。2互斥線程間的保護(hù)機(jī)制，避免多個線程同時修改共享資源。3鎖實(shí)現(xiàn)線程同步和互斥的機(jī)制，包括互斥鎖、讀寫鎖、自旋鎖和條件變量等。內(nèi)存管理內(nèi)存管理是操作系統(tǒng)的重要功能之一，負(fù)責(zé)分配和回收內(nèi)存資源，保護(hù)程序的內(nèi)存空間。虛擬內(nèi)存將磁盤上的部分空間映射到內(nèi)存中，提供更大的內(nèi)存空間。分頁機(jī)制將內(nèi)存劃分為一定大小的頁，將程序映射到不同的頁中。頁面置換算法當(dāng)內(nèi)存不足時，采用頁面置換算法將部分頁面移出內(nèi)存。文件系統(tǒng)管理文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的重要組成部分，提供文件的存儲、管理和訪問機(jī)制。文件組織方式文件系統(tǒng)類型順序文件、索引文件、散裂文件NTFS、FAT、EXT4、ZFS等文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)文件操作單層目錄、多層目錄、樹形目錄打開、讀寫、刪除、搜索等I/O設(shè)備管理輸入/輸出設(shè)備是計算機(jī)的重要組成部分，高效的I/O設(shè)備管理可以提高計算機(jī)的性能和可靠性。設(shè)備種類顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、硬盤、網(wǎng)卡、聲卡等。通道技術(shù)中斷、DMA、PIO、MMIO、DMA+PIO、MMIO+PIO。緩存技術(shù)硬件緩存、軟件緩存、頁面緩存、寫緩存、讀寫緩存。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是一種分布式操作系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)連接多臺計算機(jī)并協(xié)同工作。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP、IP、HTTP、FTP、SMTP等。分層結(jié)構(gòu)應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。安全性提供用戶認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密、流量控制、入侵防范等安全機(jī)制。安全性和保護(hù)機(jī)制安全性和保護(hù)機(jī)