操作系統(tǒng)課件-孟慶昌

操作系統(tǒng)課件-孟慶昌

設(shè)計(jì)者：XXX時(shí)間：2024年X月目錄第1章操作系統(tǒng)概述第2章進(jìn)程管理第3章存儲(chǔ)管理第4章文件系統(tǒng)第5章設(shè)備管理第6章操作系統(tǒng)的優(yōu)化和發(fā)展趨勢(shì)第7章操作系統(tǒng)課件-孟慶昌01第1章操作系統(tǒng)概述

什么是操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源的系統(tǒng)軟件。它提供了用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)。操作系統(tǒng)的功能包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理等。操作系統(tǒng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)和內(nèi)核的不同，可以分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等。操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史單道批處理系統(tǒng)、多道批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)操作系統(tǒng)的發(fā)展階段UNIX、Windows、Linux重要操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能操作系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)

操作系統(tǒng)的重要性操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著重要的作用，它承擔(dān)了管理計(jì)算機(jī)硬件資源、提供運(yùn)行環(huán)境、保障系統(tǒng)安全等多方面功能。操作系統(tǒng)的性能直接影響到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。同時(shí)，操作系統(tǒng)提供了各種接口和服務(wù)，方便應(yīng)用程序的開發(fā)和運(yùn)行。

多個(gè)程序同時(shí)執(zhí)行并發(fā)0103對(duì)物理資源的虛擬虛擬02多個(gè)程序共享資源共享操作系統(tǒng)的分類按批處理方式運(yùn)行程序批處理操作系統(tǒng)按時(shí)間片輪流運(yùn)行程序分時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格要求實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

02第2章進(jìn)程管理

進(jìn)程的概念進(jìn)程是指程序在計(jì)算機(jī)中的一次執(zhí)行活動(dòng)，具有獨(dú)立性，是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源調(diào)度和管理的基本單位。進(jìn)程具有特性包括獨(dú)立性、并發(fā)性、動(dòng)態(tài)性和異步性。進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換包括就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、阻塞態(tài)等。

進(jìn)程控制塊包括進(jìn)程標(biāo)識(shí)符、程序計(jì)數(shù)器、寄存器、進(jìn)程狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)等信息進(jìn)程控制塊的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)管理進(jìn)程的信息，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的調(diào)度和管理進(jìn)程控制塊的作用包括進(jìn)程的狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、資源占有情況等詳細(xì)信息進(jìn)程控制塊的信息

包括公平性、高吞吐量、低延遲等進(jìn)程調(diào)度的目標(biāo)0103包括CPU利用率、吞吐量、響應(yīng)時(shí)間等指標(biāo)進(jìn)程調(diào)度的性能評(píng)價(jià)02包括先來先服務(wù)、短作業(yè)優(yōu)先、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)等多種算法進(jìn)程調(diào)度的算法死鎖的必要條件互斥條件、請(qǐng)求和保持條件、不剝奪條件、環(huán)路等待條件死鎖的處理方法死鎖預(yù)防、死鎖避免、死鎖檢測(cè)與解除

死鎖處理死鎖的概念指多個(gè)進(jìn)程因互相競爭資源而陷入無法繼續(xù)執(zhí)行的狀態(tài)總結(jié)進(jìn)程管理是操作系統(tǒng)的核心功能之一，它涉及進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度、通信和同步等方面。良好的進(jìn)程管理能夠提高系統(tǒng)的性能和資源利用率，避免死鎖等問題。03第三章存儲(chǔ)管理

存儲(chǔ)管理的基本概念存儲(chǔ)管理是操作系統(tǒng)中非常重要的一部分，涉及到存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)、內(nèi)存管理的基本任務(wù)以及存儲(chǔ)管理的方式。通過合理的存儲(chǔ)管理，可以提高系統(tǒng)性能，確保數(shù)據(jù)的安全性。

連續(xù)內(nèi)存分配確定連續(xù)內(nèi)存塊并分配給進(jìn)程連續(xù)內(nèi)存分配的原理首次適應(yīng)、最佳適應(yīng)、最差適應(yīng)連續(xù)內(nèi)存分配的方法簡單高效但容易產(chǎn)生碎片連續(xù)內(nèi)存分配的優(yōu)缺點(diǎn)

分頁系統(tǒng)將進(jìn)程地址空間劃分為固定大小的頁分頁系統(tǒng)的原理通過頁表將邏輯地址映射到物理地址分頁系統(tǒng)的地址映射減少外部碎片但會(huì)增加內(nèi)部碎片分頁系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

將進(jìn)程地址空間劃分為若干段段式存儲(chǔ)管理的原理0103

02每個(gè)段具有不同的長度和保護(hù)屬性段式存儲(chǔ)管理的特點(diǎn)缺點(diǎn)引入了更多的管理復(fù)雜性增加了地址轉(zhuǎn)換的開銷適用場景需要靈活管理進(jìn)程地址空間的系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存利用率有較高要求的系統(tǒng)

段頁式存儲(chǔ)管理的組合方式優(yōu)點(diǎn)兼顧了段式存儲(chǔ)管理和頁式存儲(chǔ)管理的優(yōu)點(diǎn)提高了內(nèi)存利用率總結(jié)存儲(chǔ)管理是操作系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分，不同的存儲(chǔ)管理方式有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景來選擇合適的方式進(jìn)行管理。連續(xù)內(nèi)存分配適用于簡單情況，分頁系統(tǒng)可以減少碎片，段式存儲(chǔ)管理則更靈活，段頁式存儲(chǔ)管理綜合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)。04第4章文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)的基本概念文件系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)中用于管理和組織文件的一組服務(wù)和工具。它包括對(duì)文件的創(chuàng)建、存儲(chǔ)、查找、訪問和備份等功能。文件系統(tǒng)的基本組成包括文件、目錄、文件屬性等元素。

文件的邏輯結(jié)構(gòu)定義文件的邏輯關(guān)系和組織方式文件的邏輯結(jié)構(gòu)的概念按照不同的邏輯結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)文件文件的組織方式對(duì)文件進(jìn)行讀取、寫入、修改等操作文件的操作方式

文件分配方式連續(xù)分配鏈?zhǔn)椒峙渌饕峙浯疟P空間管理磁盤塊管理塊映射磁盤碎片整理

文件系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間管理空閑空間管理位圖法鏈表法索引法訪問控制、權(quán)限管理文件系統(tǒng)的保護(hù)措施0103定期備份、緊急恢復(fù)文件系統(tǒng)的備份與恢復(fù)02加密、防病毒文件系統(tǒng)的安全性控制總結(jié)文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分，負(fù)責(zé)管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)中的文件數(shù)據(jù)。通過對(duì)文件的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)空間管理以及安全控制的學(xué)習(xí)，我們可以更好地理解文件系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用和重要性。05第五章設(shè)備管理

設(shè)備管理的基本概念確保設(shè)備正常運(yùn)行設(shè)備管理的任務(wù)多樣性、實(shí)時(shí)性設(shè)備管理的特點(diǎn)手動(dòng)管理、自動(dòng)管理設(shè)備管理的方式

公平性、效率性設(shè)備分配的原則0103先來先服務(wù)、最短作業(yè)優(yōu)先設(shè)備排隊(duì)的方法02輪詢、優(yōu)先級(jí)設(shè)備分配的算法中斷的處理過程保存現(xiàn)場執(zhí)行中斷處理程序中斷的分類外部中斷內(nèi)部中斷

中斷機(jī)制中斷的概念突發(fā)事件打斷正常程序執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理設(shè)備的軟件模塊。它的作用是為操作系統(tǒng)提供訪問硬件設(shè)備的接口，實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的通信和控制。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)需要考慮設(shè)備的具體特性，通常采用中斷處理來處理設(shè)備的輸入輸出操作。

提供訪問接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的作用0103中斷處理設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的通信機(jī)制02考慮設(shè)備特性設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)總結(jié)設(shè)備管理是操作系統(tǒng)中重要的一部分，通過設(shè)備管理可以有效管理各種硬件設(shè)備，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。了解設(shè)備管理的基本概念、設(shè)備分配和排隊(duì)、中斷機(jī)制、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等內(nèi)容，有助于深入理解操作系統(tǒng)的工作原理和機(jī)制。06第6章操作系統(tǒng)的優(yōu)化和發(fā)展趨勢(shì)

性能優(yōu)化的目標(biāo)操作系統(tǒng)的性能優(yōu)化旨在提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和響應(yīng)速度，減少資源占用和延遲。通過優(yōu)化進(jìn)程調(diào)度算法、內(nèi)存管理機(jī)制和I/O處理方式等手段來達(dá)到性能提升的目的。

性能優(yōu)化的策略提高系統(tǒng)響應(yīng)速度進(jìn)程調(diào)度優(yōu)化減少內(nèi)存碎片內(nèi)存管理優(yōu)化提高數(shù)據(jù)傳輸效率I/O優(yōu)化

性能優(yōu)化的手段提高計(jì)算效率并行處理減少數(shù)據(jù)訪問時(shí)間緩存優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)調(diào)優(yōu)

操作系統(tǒng)的安全性病毒、木馬、黑客攻擊操作系統(tǒng)的安全威脅防火墻、加密技術(shù)操作系統(tǒng)的安全措施權(quán)限管理、訪問控制操作系統(tǒng)的安全策略

虛擬化的概念虛擬化是一種技術(shù)，可以將物理資源（如服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等）抽象成虛擬資源，使多個(gè)操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序可以共享物理資源，提高資源利用率和靈活性。根據(jù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整資源彈性伸縮0103多租戶共享同一物理基礎(chǔ)設(shè)施共享資源02根據(jù)實(shí)際使用量付費(fèi)按需付費(fèi)隔離性強(qiáng)虛擬機(jī)之間相互隔離靈活性高快速部署、遷移虛擬機(jī)

虛擬化的優(yōu)勢(shì)資源利用率高多個(gè)虛擬機(jī)共享物理資源07第7章操作系統(tǒng)課件-孟慶昌

操作系統(tǒng)課程總結(jié)在本章節(jié)中我們回顧了操作系統(tǒng)課程的內(nèi)容，包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)等重要概念。通過學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程，我們深入了解了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中核心組成部分的工作原理和功能。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中不可或缺的一部分，對(duì)于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能和可靠性起著關(guān)鍵作用。操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中控制和管理硬件與軟件資源的計(jì)算機(jī)程序。它為用戶和應(yīng)用程序提供了一個(gè)接口，使得它們可以與計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行交互。操作系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了多個(gè)階段，從最初的批處理系統(tǒng)到現(xiàn)代的分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

操作系統(tǒng)重要概念進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信進(jìn)程管理內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、虛擬內(nèi)存內(nèi)存管理文件存儲(chǔ)、文件訪問、文件管理文件系統(tǒng)設(shè)備分配、設(shè)備驅(qū)