操作系統(tǒng)考研課件

操作系統(tǒng)考研課件日期：目錄CATALOGUE操作系統(tǒng)概述進程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理操作系統(tǒng)安全與保護操作系統(tǒng)概述01操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是管理計算機硬件與軟件資源的系統(tǒng)軟件，是用戶與計算機之間的橋梁和接口。操作系統(tǒng)的作用管理和控制計算機硬件資源，提高資源利用率；為用戶提供方便、安全、高效的使用環(huán)境；提供開發(fā)、調(diào)試、運行程序的平臺。操作系統(tǒng)的定義和作用手工操作階段批處理系統(tǒng)具有圖形用戶界面、多任務(wù)處理、網(wǎng)絡(luò)支持等功能，如Windows、Linux等。現(xiàn)代操作系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成特定任務(wù)，適用于實時控制領(lǐng)域。實時系統(tǒng)允許多個用戶同時使用計算機，實現(xiàn)了計算機資源的共享。分時系統(tǒng)計算機操作員需要手動控制計算機硬件和軟件，效率低下且容易出錯。將多個程序組合在一起，一次性提交給計算機處理，提高了計算機資源的利用率。操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史根據(jù)使用方式可分為批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等；根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)可分為單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)、單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)、多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)等。分類操作系統(tǒng)具有并發(fā)性、共享性、異步性、虛擬性等特點。并發(fā)性指多個程序同時運行；共享性指多個用戶同時使用計算機資源；異步性指程序執(zhí)行過程中不確定的等待時間；虛擬性指操作系統(tǒng)通過虛擬技術(shù)將硬件資源抽象為易于使用的虛擬資源。特點操作系統(tǒng)的分類和特點進程管理02進程的概念和狀態(tài)進程的定義進程是程序的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位。進程的狀態(tài)進程有三種基本狀態(tài)，就緒狀態(tài)、執(zhí)行狀態(tài)和阻塞狀態(tài)。進程的特征進程具有獨立性、異步性、動態(tài)性和并發(fā)性等特征。進程與程序的區(qū)別程序是靜態(tài)的指令集合，進程是程序的一次執(zhí)行過程。進程可以由系統(tǒng)創(chuàng)建、用戶創(chuàng)建或由已有進程創(chuàng)建。進程可以通過正常結(jié)束、異常結(jié)束或外界干預(yù)等方式終止。進程同步是指多個進程按一定順序執(zhí)行，通過同步機制實現(xiàn)進程間的協(xié)調(diào)。通過原語、控制塊和隊列等實現(xiàn)對進程的控制和管理。進程的創(chuàng)建、終止和同步進程的創(chuàng)建進程的終止進程的同步進程的控制進程通信方式管道通信死鎖是指兩個或多個進程互相等待對方持有的資源，導(dǎo)致進程無法繼續(xù)執(zhí)行的問題。死鎖問題共享內(nèi)存是指多個進程共享一塊內(nèi)存區(qū)域，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和快速通信。共享內(nèi)存消息傳遞是通過發(fā)送和接收消息來實現(xiàn)進程間通信，包括信箱通信和消息隊列等。消息傳遞進程間通信主要有管道通信、消息傳遞和共享內(nèi)存等方式。管道通信是一種基于文件系統(tǒng)的通信方式，包括無名管道和有名管道。進程通信和死鎖問題內(nèi)存管理03內(nèi)存是計算機中暫時存儲數(shù)據(jù)的部件，是CPU與硬盤之間數(shù)據(jù)交換的高速緩存區(qū)。內(nèi)存的定義與作用合理管理內(nèi)存資源，可以提高計算機的運行效率和穩(wěn)定性。內(nèi)存管理的重要性內(nèi)存分配、內(nèi)存保護、內(nèi)存回收和內(nèi)存擴充。內(nèi)存管理的主要任務(wù)內(nèi)存管理的基本概念010203分區(qū)存儲管理將內(nèi)存劃分為若干個區(qū)域，每個區(qū)域分配給一個程序使用，避免了程序之間的相互干擾。分段存儲管理將程序的地址空間分成若干段，每段獨立分配內(nèi)存，便于程序的動態(tài)鏈接和共享。虛擬存儲管理利用磁盤空間作為內(nèi)存的擴充，通過操作系統(tǒng)的管理實現(xiàn)內(nèi)存與磁盤的自動調(diào)度。分頁存儲管理將程序的邏輯地址空間分成若干大小相等的頁，再將內(nèi)存劃分成若干個與頁大小相同的塊，實現(xiàn)內(nèi)存的離散分配。常見的內(nèi)存管理技術(shù)01020304虛擬內(nèi)存管理虛擬內(nèi)存的概念將硬盤的一部分空間作為內(nèi)存使用，當物理內(nèi)存不足時，將暫時不用的數(shù)據(jù)存放到硬盤上。虛擬內(nèi)存的實現(xiàn)方式通過操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理功能，將硬盤空間劃分為若干個虛擬內(nèi)存塊，并與物理內(nèi)存進行映射。虛擬內(nèi)存的優(yōu)點擴大了內(nèi)存的容量，提高了內(nèi)存的利用率，使多個程序可以同時運行。虛擬內(nèi)存的缺點由于硬盤的讀寫速度比內(nèi)存慢，使用虛擬內(nèi)存會降低程序的運行速度，并增加系統(tǒng)的開銷。文件系統(tǒng)04文件系統(tǒng)定義文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中負責管理和存儲文件信息的軟件機構(gòu)。文件系統(tǒng)類型包括本地文件系統(tǒng)（如FAT、NTFS）和網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（如NFS、SMB）。文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括文件、目錄、文件目錄結(jié)構(gòu)和存取控制等。文件屬性包括文件名、類型、大小、位置、訪問權(quán)限等。文件系統(tǒng)的基本概念包括文件的存儲設(shè)備、存儲單元、磁盤塊等。文件的物理結(jié)構(gòu)包括順序訪問、隨機訪問、索引訪問等。文件的訪問方式01020304包括文件的分塊、索引、鏈接等存儲方式。文件的邏輯結(jié)構(gòu)包括樹形目錄結(jié)構(gòu)、哈希目錄結(jié)構(gòu)、圖形目錄結(jié)構(gòu)等。文件目錄結(jié)構(gòu)文件的組織和訪問方式文件保護和安全文件的保護機制包括文件加密、訪問控制、備份等。文件的安全策略包括用戶認證、權(quán)限管理、日志審計等。文件備份和恢復(fù)包括增量備份、差異備份、完全備份等備份方式以及數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)。文件共享和協(xié)作包括文件共享策略、版本控制、協(xié)作編輯等。設(shè)備管理05設(shè)備管理是操作系統(tǒng)的重要組成部分，主要負責設(shè)備的分配、調(diào)度、回收等。設(shè)備管理的主要任務(wù)包括設(shè)備分配與回收、緩沖區(qū)管理、設(shè)備驅(qū)動程序、中斷處理、設(shè)備獨立性等。設(shè)備分配策略包括設(shè)備獨立性、按需分配、獨占設(shè)備等，旨在提高設(shè)備的利用率和系統(tǒng)的效率。設(shè)備狀態(tài)跟蹤是指對設(shè)備的狀態(tài)進行實時監(jiān)控，包括設(shè)備的忙/閑狀態(tài)、位置、使用情況等。設(shè)備管理的概念和任務(wù)設(shè)備管理概念設(shè)備管理任務(wù)設(shè)備分配策略設(shè)備狀態(tài)跟蹤設(shè)備驅(qū)動程序和中斷處理設(shè)備驅(qū)動程序是設(shè)備與操作系統(tǒng)之間的橋梁，負責將應(yīng)用程序的請求轉(zhuǎn)化為設(shè)備可執(zhí)行的指令。設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序主要負責設(shè)備的初始化、設(shè)備的打開與關(guān)閉、數(shù)據(jù)的讀寫操作、設(shè)備的狀態(tài)查詢等。中斷處理流程包括中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷返回等步驟，確保設(shè)備的中斷得到及時響應(yīng)和處理。驅(qū)動程序功能中斷處理是操作系統(tǒng)對設(shè)備的一種響應(yīng)機制，當設(shè)備完成某項任務(wù)或發(fā)生某種錯誤時，會向操作系統(tǒng)發(fā)出中斷請求。中斷處理01020403中斷處理流程設(shè)備分配和回收設(shè)備分配設(shè)備分配是指根據(jù)應(yīng)用程序的請求，將合適的設(shè)備分配給應(yīng)用程序使用。設(shè)備分配原則設(shè)備分配應(yīng)遵循設(shè)備獨立性、按需分配、獨占設(shè)備等原則，以提高設(shè)備的利用率和系統(tǒng)的效率。設(shè)備回收設(shè)備回收是指當應(yīng)用程序不再使用設(shè)備時，將設(shè)備歸還給操作系統(tǒng)，以便其他應(yīng)用程序能夠使用?；厥詹呗栽O(shè)備回收策略包括緩沖池策略、設(shè)備無關(guān)性策略等，旨在提高設(shè)備的回收效率和再次分配的靈活性。操作系統(tǒng)安全與保護06包括病毒、蠕蟲、特洛伊木馬等，通過各種途徑侵入系統(tǒng)并破壞、竊取或篡改數(shù)據(jù)。惡意軟件攻擊攻擊者通過非法手段獲取和篡改系統(tǒng)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真、丟失或泄密。數(shù)據(jù)竊取和篡改未經(jīng)授權(quán)的用戶訪問系統(tǒng)資源，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露、篡改或系統(tǒng)崩潰。非法訪問通過破壞系統(tǒng)的正常運行，阻止合法用戶訪問系統(tǒng)資源。拒絕服務(wù)攻擊操作系統(tǒng)面臨的安全威脅訪問控制策略通過設(shè)置用戶權(quán)限、文件權(quán)限等，限制用戶對系統(tǒng)資源的訪問和操作。操作系統(tǒng)的安全策略和機制01安全審計機制記錄系統(tǒng)活動，對異常行為進行監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)并處理安全漏洞。02加密技術(shù)對數(shù)據(jù)進行加密處理，確保數(shù)據(jù)在傳輸和存儲過程中的安全性。03漏洞掃描與修復(fù)定期掃描系統(tǒng)漏洞，及時修復(fù)以避免被攻擊者利用。04防火墻技術(shù)通過設(shè)置