操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)課件

操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)課件演講人：日期：目錄CONTENTS01操作系統(tǒng)概述02進(jìn)程管理與調(diào)度03內(nèi)存管理與分配策略04文件系統(tǒng)與存儲設(shè)備管理05設(shè)備驅(qū)動程序與接口技術(shù)06網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式系統(tǒng)簡介01操作系統(tǒng)概述定義操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS）是一組主管并控制計算機(jī)操作、運(yùn)用和運(yùn)行硬件、軟件資源和提供公共服務(wù)來組織用戶交互的相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)軟件程序。發(fā)展歷程操作系統(tǒng)伴隨著計算機(jī)技術(shù)本身及其應(yīng)用的日益發(fā)展，而逐步地形成和完善起來，經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從低級到高級的發(fā)展過程。定義與發(fā)展歷程處理器管理、存儲管理、文件系統(tǒng)管理、設(shè)備管理和用戶接口等。主要功能并發(fā)性、共享性、異步性和虛擬性。這些特點(diǎn)使得操作系統(tǒng)能夠高效地管理計算機(jī)硬件和軟件資源，提高資源利用率和系統(tǒng)性能。特點(diǎn)主要功能及特點(diǎn)常見類型桌面操作系統(tǒng)、手機(jī)操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)等。分類方法按照操作系統(tǒng)的使用方式、功能特征、硬件環(huán)境等進(jìn)行分類。常見類型與分類方法應(yīng)用領(lǐng)域及重要性重要性操作系統(tǒng)是人與計算機(jī)之間的接口，也是計算機(jī)的靈魂。它不僅能夠提高計算機(jī)硬件和軟件資源的利用率，還能為用戶提供一個穩(wěn)定、安全、高效的工作環(huán)境。應(yīng)用領(lǐng)域操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、手機(jī)、平板電腦、服務(wù)器等各種硬件設(shè)備中，是這些設(shè)備必不可少的基礎(chǔ)軟件。02進(jìn)程管理與調(diào)度進(jìn)程概念及屬性進(jìn)程定義進(jìn)程是正在運(yùn)行的程序?qū)嶓w，并包括其占用的系統(tǒng)資源，如CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備等。進(jìn)程屬性每個進(jìn)程都具有獨(dú)立的執(zhí)行環(huán)境、系統(tǒng)資源和運(yùn)行狀態(tài)，包括進(jìn)程標(biāo)識符、優(yōu)先級、狀態(tài)等。進(jìn)程與程序的區(qū)別程序是靜態(tài)的指令集合，而進(jìn)程是程序在執(zhí)行時的動態(tài)實(shí)例。進(jìn)程組成進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊（PCB）組成，其中PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程在其生命周期內(nèi)會經(jīng)歷多種狀態(tài)，如就緒、運(yùn)行、阻塞等。進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換通過進(jìn)程控制原語（如創(chuàng)建、阻塞、喚醒、終止等）實(shí)現(xiàn)進(jìn)程狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。進(jìn)程控制對進(jìn)程的執(zhí)行進(jìn)行直接的控制和管理，包括進(jìn)程的創(chuàng)建、終止、掛起、激活等操作。進(jìn)程同步與互斥在多進(jìn)程環(huán)境下，保證進(jìn)程之間的同步和互斥，避免競爭條件和死鎖現(xiàn)象。進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換與控制調(diào)度策略與算法介紹調(diào)度類型01根據(jù)調(diào)度的時機(jī)、對象和目的，可分為作業(yè)調(diào)度、進(jìn)程調(diào)度和線程調(diào)度等。調(diào)度策略02包括先來先服務(wù)、短作業(yè)優(yōu)先、優(yōu)先級調(diào)度、時間片輪轉(zhuǎn)等。調(diào)度算法03介紹常見的調(diào)度算法，如FCFS（先來先服務(wù)）、SJF（短作業(yè)優(yōu)先）、HRRN（高響應(yīng)比優(yōu)先）、RR（時間片輪轉(zhuǎn)）等。調(diào)度性能評估04通過吞吐量、響應(yīng)時間、周轉(zhuǎn)時間等指標(biāo)來評估調(diào)度算法的性能。死鎖產(chǎn)生的條件互斥條件、不剝奪條件、環(huán)路等待條件。死鎖解除當(dāng)檢測到死鎖發(fā)生時，采取措施解除死鎖，如資源搶占、進(jìn)程回退、撤銷進(jìn)程等。死鎖預(yù)防通過破壞死鎖產(chǎn)生的條件之一來預(yù)防死鎖的發(fā)生，如資源有序分配法、銀行家算法等。死鎖概念兩個或多個進(jìn)程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種僵局，每個進(jìn)程都持有部分資源并等待其他進(jìn)程釋放其所持有的資源。死鎖問題及其解決方案03內(nèi)存管理與分配策略內(nèi)存地址與尋址內(nèi)存中的每個存儲單元都有唯一的地址，CPU通過地址訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。內(nèi)存定義與功能內(nèi)存是計算機(jī)中的重要部件，用于暫時存放CPU中的運(yùn)算數(shù)據(jù)以及與硬盤等外部存儲器交換的數(shù)據(jù)。內(nèi)存的層次結(jié)構(gòu)內(nèi)存分為多個層次，包括寄存器、高速緩存、主存儲器和外存儲器，各層次之間的訪問速度和容量有所不同。內(nèi)存基本概念及層次結(jié)構(gòu)單一連續(xù)分配將內(nèi)存劃分為若干個固定大小的分區(qū)，每個進(jìn)程占用一個分區(qū)，可解決內(nèi)部碎片問題，但分區(qū)大小難以確定，且會產(chǎn)生外部碎片。固定分區(qū)分配可變分區(qū)分配分區(qū)大小可動態(tài)調(diào)整，適應(yīng)不同大小的進(jìn)程需求，但內(nèi)存分配和釋放過程較復(fù)雜，且仍會產(chǎn)生外部碎片。每個進(jìn)程占用一段連續(xù)的內(nèi)存空間，簡單、易于管理，但會產(chǎn)生內(nèi)部碎片，降低內(nèi)存利用率。連續(xù)分配方式及其優(yōu)缺點(diǎn)分頁存儲管理將內(nèi)存劃分為大小相等的頁框，進(jìn)程的邏輯地址空間也劃分為大小相等的頁面，頁面可裝入任意頁框中，實(shí)現(xiàn)了離散分離。離散分配方式（分頁、分段）分段存儲管理將進(jìn)程的地址空間按照邏輯功能劃分為多個段，每段有獨(dú)立的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)了地址的二維空間映射，便于程序的模塊化設(shè)計。段頁式存儲管理結(jié)合分頁和分段兩種存儲管理方式的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)程的地址空間先被劃分為若干個段，每個段再劃分為若干個頁面，實(shí)現(xiàn)了段和頁兩級離散分配。虛擬內(nèi)存概念虛擬內(nèi)存實(shí)現(xiàn)原理通過軟件技術(shù)將磁盤空間虛擬為內(nèi)存使用，以擴(kuò)大內(nèi)存容量，提高內(nèi)存利用率。基于局部性原理，將不常用的數(shù)據(jù)存放在磁盤上，當(dāng)CPU需要時再將數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存的動態(tài)擴(kuò)充。虛擬內(nèi)存技術(shù)原理及應(yīng)用虛擬內(nèi)存的應(yīng)用在操作系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，如Windows操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存設(shè)置，可有效地提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。虛擬內(nèi)存技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)包括提高內(nèi)存利用率、支持多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行等；缺點(diǎn)包括增加系統(tǒng)開銷、可能導(dǎo)致磁盤碎片等。04文件系統(tǒng)與存儲設(shè)備管理文件系統(tǒng)組成要素及功能文件系統(tǒng)接口文件系統(tǒng)接口是用戶與文件系統(tǒng)之間的橋梁，它提供了文件和目錄的創(chuàng)建、刪除、打開、關(guān)閉、讀寫等操作的功能。文件系統(tǒng)軟件文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的各種功能，包括文件存儲空間的管理、文件的讀寫、文件目錄的維護(hù)等。文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指文件在存儲設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)，包括文件分配表、目錄結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)等。文件加密與解密文件加密是將文件進(jìn)行編碼，使得未經(jīng)授權(quán)的用戶無法讀取文件內(nèi)容，解密則是將加密后的文件解碼為原始文件。文件讀寫操作文件讀寫操作是文件系統(tǒng)的基本操作之一，包括讀文件和寫文件兩種操作，文件系統(tǒng)通過這兩種操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。文件訪問控制文件訪問控制是指對文件的訪問進(jìn)行限制和保護(hù)，包括文件的讀寫權(quán)限、訪問時間、訪問方式等，以防止非法用戶對文件的訪問和破壞。文件操作與訪問控制方法磁盤存儲設(shè)備磁盤存儲設(shè)備是一種廣泛使用的存儲設(shè)備，包括硬盤、軟盤、硬盤驅(qū)動器等，其優(yōu)點(diǎn)是存儲容量大、價格相對較低，但讀取速度較慢。01.存儲設(shè)備類型及特性分析閃存存儲設(shè)備閃存存儲設(shè)備是一種基于半導(dǎo)體技術(shù)的存儲設(shè)備，包括U盤、存儲卡等，其優(yōu)點(diǎn)是讀取速度快、體積小、耗電低，但存儲容量相對較小、價格較高。02.光盤存儲設(shè)備光盤存儲設(shè)備是一種利用激光技術(shù)讀取信息的存儲設(shè)備，包括CD、DVD等，其優(yōu)點(diǎn)是存儲容量大、價格適中，但寫入速度較慢、易受劃傷和污染。03.磁盤調(diào)度算法比較與優(yōu)化先進(jìn)先出算法（FIFO）先進(jìn)先出算法是一種簡單的磁盤調(diào)度算法，按照請求到達(dá)的先后順序進(jìn)行服務(wù)，但可能導(dǎo)致磁頭在磁盤上大范圍移動，增加尋道時間。最短尋道時間優(yōu)先算法（SSTF）最短尋道時間優(yōu)先算法選擇離磁頭最近的請求進(jìn)行服務(wù)，可以縮短平均尋道時間，但可能導(dǎo)致磁頭在磁盤上來回移動，增加磁盤的磨損。掃描算法（SCAN）掃描算法是將所有請求按照磁盤的某個方向進(jìn)行排序，然后按照排序后的順序進(jìn)行服務(wù)，可以減少磁頭的移動距離，但需要等待所有請求都被處理后才能返回。05設(shè)備驅(qū)動程序與接口技術(shù)驅(qū)動程序定義是一種可以使計算機(jī)和設(shè)備進(jìn)行相互通信的特殊程序。設(shè)備驅(qū)動程序概念及作用驅(qū)動程序作用相當(dāng)于硬件的接口，操作系統(tǒng)只有通過這個接口，才能控制硬件設(shè)備的工作。驅(qū)動程序重要性假如某設(shè)備的驅(qū)動程序未能正確安裝，便不能正常工作。因此，驅(qū)動程序被比作“硬件的靈魂”、“硬件的主宰”、“硬件和系統(tǒng)之間的橋梁”等。指應(yīng)用程序與具體設(shè)備無關(guān)，可以在不同設(shè)備上運(yùn)行而無需修改。設(shè)備獨(dú)立性概念通過驅(qū)動程序?qū)⒃O(shè)備操作抽象成標(biāo)準(zhǔn)接口，應(yīng)用程序調(diào)用這些接口來實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作。設(shè)備獨(dú)立性實(shí)現(xiàn)方式提高了程序的可移植性和可維護(hù)性，降低了程序與設(shè)備的耦合度。設(shè)備獨(dú)立性優(yōu)點(diǎn)設(shè)備獨(dú)立性原理實(shí)現(xiàn)方式010203接口技術(shù)分類及特點(diǎn)分析接口技術(shù)分類按照傳輸方式可分為并行接口和串行接口；按照連接方式可分為有線接口和無線接口等。并行接口特點(diǎn)傳輸速度快，但傳輸距離較短，需要較多的連接線。串行接口特點(diǎn)傳輸速度較慢，但傳輸距離較遠(yuǎn)，連接線較少，適用于遠(yuǎn)距離傳輸。有線接口與無線接口比較有線接口傳輸穩(wěn)定，但布線麻煩；無線接口則方便靈活，但易受干擾。通用串行總線接口，支持熱插拔，傳輸速度快，適用于鼠標(biāo)、鍵盤、移動存儲設(shè)備等。高清多媒體接口，傳輸音頻、視頻信號，適用于電視、顯示器等多媒體設(shè)備。無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的短距離通信，適用于手機(jī)、耳機(jī)、音箱等移動設(shè)備。串行ATA接口，用于連接硬盤、光驅(qū)等存儲設(shè)備，支持熱插拔和更快的數(shù)據(jù)傳輸速度。典型接口技術(shù)應(yīng)用案例USB接口HDMI接口藍(lán)牙接口SATA接口06網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式系統(tǒng)簡介網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)基本概念網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)功能借由網(wǎng)絡(luò)達(dá)到互相傳遞數(shù)據(jù)與各種消息，分為服務(wù)器（Server）及客戶端（Client），服務(wù)器負(fù)責(zé)資源管理和流量統(tǒng)合，客戶端負(fù)責(zé)接收并運(yùn)用服務(wù)器傳遞的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的重要性作為網(wǎng)絡(luò)的心臟和靈魂，影響著整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)定義一種能代替操作系統(tǒng)的軟件程序，為網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)提供服務(wù)的特殊操作系統(tǒng)。030201分布式系統(tǒng)特點(diǎn)建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)，具有高內(nèi)聚性和透明性，可以充分利用資源，提高系統(tǒng)效率和可靠性。分布式系統(tǒng)挑戰(zhàn)需要解決數(shù)據(jù)一致性、通信故障、網(wǎng)絡(luò)安全等問題，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高。分布式系統(tǒng)特點(diǎn)與挑戰(zhàn)一種廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的穩(wěn)定性和安全性，支持多用戶、多任務(wù)并發(fā)操作。UNIX/Linux基于Windows的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，提供圖形化界面和易用的管理工具，適用于中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。MicrosoftWindowsServer基于大規(guī)模分布式計算和存儲的操作系統(tǒng)，具有高可擴(kuò)展性和容錯性，適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用場景。Google分布式系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)/分布式操作系統(tǒng)剖