計算機操作系統(tǒng)剖析課件

計算機操作系統(tǒng)剖析課件目錄contents操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理用戶界面與系統(tǒng)應用01操作系統(tǒng)概述總結(jié)詞操作系統(tǒng)的定義與功能詳細描述操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件，負責管理計算機硬件和應用程序的資源，提供用戶與計算機硬件交互的接口。操作系統(tǒng)的主要功能包括進程管理、內(nèi)存管理、文件管理和設(shè)備管理。操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)的分類總結(jié)詞根據(jù)不同的分類標準，操作系統(tǒng)可以分為多種類型。根據(jù)運行環(huán)境，操作系統(tǒng)可以分為單機操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)；根據(jù)使用性質(zhì)，操作系統(tǒng)可以分為批處理操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)；根據(jù)源代碼開放程度，操作系統(tǒng)可以分為開源操作系統(tǒng)和閉源操作系統(tǒng)。詳細描述操作系統(tǒng)的分類總結(jié)詞操作系統(tǒng)的基本特征詳細描述操作系統(tǒng)的基本特征包括并發(fā)性、共享性、虛擬性和不確定性。并發(fā)性是指多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生；共享性是指資源被多個進程共同使用；虛擬性是指通過技術(shù)手段將物理實體轉(zhuǎn)換為邏輯上的概念；不確定性是指操作系統(tǒng)無法預測進程未來的行為。操作系統(tǒng)的基本特征02操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單體式結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)作為一個整體，由一組緊密關(guān)聯(lián)的模塊組成。分層式結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)被劃分為多個層次，每個層次提供一組特定的服務，并使用下層提供的服務。網(wǎng)絡式結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)由一組獨立的、相互通信的進程組成，這些進程可以獨立運行在不同的機器上。操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)負責處理器的調(diào)度和分配。處理器管理模塊負責內(nèi)存的分配和管理。存儲管理模塊負責文件系統(tǒng)的管理和操作。文件管理模塊負責設(shè)備的驅(qū)動和管理。設(shè)備管理模塊操作系統(tǒng)的模塊組成用戶程序運行在用戶模式下，不能直接訪問硬件資源。操作系統(tǒng)內(nèi)核運行在內(nèi)核模式下，可以直接訪問硬件資源。操作系統(tǒng)的內(nèi)核模式內(nèi)核模式用戶模式03進程管理進程是程序的一次執(zhí)行，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位。進程定義進程在執(zhí)行過程中會經(jīng)歷三種狀態(tài)，分別是運行態(tài)、就緒態(tài)和阻塞態(tài)。進程狀態(tài)進程的定義與狀態(tài)進程的創(chuàng)建與終止進程創(chuàng)建進程的創(chuàng)建通過系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)，通常由一個或多個線程組成。進程終止進程的終止可以通過正常結(jié)束、異常結(jié)束或系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束等方式實現(xiàn)。VS進程同步是為了協(xié)調(diào)各個進程按照一定的順序執(zhí)行，以避免產(chǎn)生沖突和不一致。進程通信進程通信是實現(xiàn)不同進程間信息交換和共享的一種手段，常見的進程通信方式有管道、消息隊列、信號量等。進程同步進程的同步與通信04內(nèi)存管理操作系統(tǒng)負責將內(nèi)存分配給進程，通常采用分頁、分段或段頁式管理方式。內(nèi)存分配內(nèi)存回收內(nèi)存碎片當進程結(jié)束或釋放資源時，操作系統(tǒng)需要回收其占用的內(nèi)存，以便重新分配給其他進程。頻繁的內(nèi)存分配和回收可能導致內(nèi)存碎片，影響內(nèi)存利用率。030201內(nèi)存的分配與回收03內(nèi)存擴充虛擬內(nèi)存技術(shù)可以使進程訪問比實際物理內(nèi)存更大的內(nèi)存空間。01虛擬內(nèi)存通過將物理內(nèi)存映射到虛擬地址空間，實現(xiàn)進程對大內(nèi)存的訪問。02地址翻譯CPU將虛擬地址翻譯為物理地址，由操作系統(tǒng)負責維護地址翻譯表。內(nèi)存的虛擬化技術(shù)內(nèi)存壓縮對占用內(nèi)存的數(shù)據(jù)進行壓縮，以減少內(nèi)存占用和提高內(nèi)存利用率。內(nèi)存共享多個進程可以共享相同的內(nèi)存區(qū)域，以減少內(nèi)存消耗。內(nèi)存預取根據(jù)程序運行的特點，提前將數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，以減少缺頁中斷的次數(shù)。內(nèi)存的優(yōu)化策略05文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件和目錄的軟件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它為應用程序和用戶提供了組織、存儲、檢索和管理文件的方法。文件系統(tǒng)通常采用樹形結(jié)構(gòu)，根目錄是最高層次的目錄，其他目錄作為根目錄的子節(jié)點依次展開，每個目錄下可以包含文件和子目錄。文件系統(tǒng)定義文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)的定義與結(jié)構(gòu)文件的存儲與訪問文件系統(tǒng)負責將文件數(shù)據(jù)存儲在磁盤上，通常采用塊為基本單位進行存儲，每個塊包含一定數(shù)量的數(shù)據(jù)。文件存儲應用程序通過文件路徑名來訪問文件，文件系統(tǒng)將路徑名轉(zhuǎn)換為文件的物理位置，并控制對文件的讀寫操作。文件訪問文件權(quán)限控制文件系統(tǒng)提供了權(quán)限控制機制，允許或限制用戶對文件的訪問，包括讀、寫、執(zhí)行等操作。文件備份與恢復為了防止數(shù)據(jù)丟失，文件系統(tǒng)提供了備份和恢復機制，以便在發(fā)生故障或數(shù)據(jù)損壞時恢復文件。文件系統(tǒng)的安全與保護06設(shè)備管理根據(jù)設(shè)備類型、功能和用途，計算機設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡設(shè)備等。分類操作系統(tǒng)通過設(shè)備標識符（如設(shè)備文件名）來識別和管理設(shè)備，每個設(shè)備都有一個唯一的標識符。識別設(shè)備的分類與識別驅(qū)動程序的作用設(shè)備的驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的接口，它負責設(shè)備的初始化和控制，實現(xiàn)設(shè)備與應用程序之間的通信。要點一要點二驅(qū)動程序的加載驅(qū)動程序通常以動態(tài)鏈接庫（DLL）的形式存在，由操作系統(tǒng)加載并調(diào)用相應的函數(shù)來管理設(shè)備。設(shè)備的驅(qū)動程序I/O操作類型設(shè)備的I/O操作包括讀、寫、控制等，操作系統(tǒng)需要管理這些操作的順序、優(yōu)先級和調(diào)度。I/O操作的管理方式操作系統(tǒng)通過中斷、輪詢和異步I/O等方式來管理設(shè)備的I/O操作，以提高設(shè)備的利用率和系統(tǒng)的響應速度。設(shè)備的I/O操作管理07用戶界面與系統(tǒng)應用提供可視化的操作界面，使用戶可以通過鼠標和鍵盤進行直觀操作。圖形用戶界面（GUI）提供文本操作界面，用戶需要輸入命令來執(zhí)行操作。命令行界面（CLI）適用于移動設(shè)備和支持觸摸操作的設(shè)備，通過觸摸屏幕進行操作。觸摸屏界面操作系統(tǒng)的用戶界面系統(tǒng)軟件與計算機硬件直接相關(guān)的軟件，如操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序等。軟件分類根據(jù)功能和應用領(lǐng)域，軟件可分為系統(tǒng)軟件、應用軟件和中間件等。應用軟件為滿足特定需求而開發(fā)的軟件，如辦公軟件、游戲等。系統(tǒng)應用軟件概述軟件開發(fā)語