計算機操作系統課件-v操作系統概述進程管理內存管理文件系統設備管理用戶界面與交互性支持安全性和保護機制操作系統概述01操作系統是一組控制和管理計算機軟硬件資源、合理組織計算機工作流程以及方便用戶使用的程序的集合。定義提供計算機硬件與軟件之間的接口，管理計算機資源，控制程序執行，改善人機界面，為其他軟件提供支持等。功能定義與功能從手工操作到批處理，再到分時操作、實時操作，最后到網絡操作和分布式操作系統。根據運行環境和使用方式的不同，可分為批處理操作系統、分時操作系統、實時操作系統、網絡操作系統和分布式操作系統等。發展歷程及分類分類發展歷程它是用戶和計算機之間的接口，為用戶提供方便、有效的工作環境。操作系統的性能直接影響整個計算機系統的性能發揮和資源的利用率。作為計算機系統的核心和基礎軟件，操作系統管理和控制計算機系統中的所有硬件和軟件資源。操作系統在計算機中的地位進程管理02進程狀態進程在其生命周期內會經歷多種狀態，如創建態、就緒態、運行態、阻塞態和終止態等。這些狀態之間會根據特定的事件或條件進行轉換。進程定義進程是操作系統中進行資源分配和調度的基本單位，它是程序的執行過程，具有動態性、并發性、獨立性和異步性等特征。狀態轉換圖通過狀態轉換圖可以清晰地展示進程在不同狀態之間的轉換過程，以及觸發這些轉換的事件或條件。進程概念及狀態轉換調度算法分類01根據不同的調度目標和策略，可以將進程調度算法分為多種類型，如先來先服務（FCFS）、短作業優先（SJF）、優先級調度（PriorityScheduling）、時間片輪轉（RR）等。調度策略02調度策略決定了操作系統如何選擇合適的進程來執行。常見的調度策略包括搶占式和非搶占式調度、靜態優先級和動態優先級調度等。多級反饋隊列03多級反饋隊列是一種綜合考慮進程優先級、等待時間和執行時間的調度算法，它可以根據進程的行為動態調整其優先級和分配的資源。進程調度算法與策略同步原語為了保證多個進程之間協調地工作，操作系統提供了一組同步原語，如信號量（Semaphore）、互斥鎖（Mutex）等，用于實現進程間的同步和互斥。進程通信進程通信是指不同進程之間交換數據和信息的機制。常見的進程通信方式包括管道（Pipe）、消息隊列（MessageQueue）、共享內存（SharedMemory）等。死鎖與饑餓在多進程環境中，如果進程之間的資源請求和分配不當，可能會導致死鎖或饑餓現象。操作系統需要采取相應的策略來避免或解決這些問題，如資源分配圖算法、銀行家算法等。進程同步與通信機制內存管理03單一連續分配、固定分區分配、動態分區分配連續分配方式非連續分配方式分配算法基本分頁存儲管理、基本分段存儲管理、段頁式存儲管理首次適應算法、最佳適應算法、最壞適應算法030201內存空間分配與回收技術

虛擬內存管理技術請求分頁存儲管理頁表機制、缺頁中斷機構、地址變換機構請求分段存儲管理段表機制、缺段中斷機構、地址變換機構請求段頁式存儲管理段表和頁表結合、缺段和缺頁中斷機構、地址變換機構界限寄存器保護通過一對界限寄存器存放程序的上下界地址，CPU訪問內存時比較訪問地址與界限寄存器中的值，判斷是否越界。存儲鍵保護為每個存儲塊分配一個存儲鍵，同時CPU中設置一個相應的存儲鍵寄存器。訪問內存時，將訪問地址的存儲鍵與CPU中的存儲鍵寄存器進行比較，判斷是否合法。環保護操作系統按照系統程序和用戶程序的重要性及對整個系統正常運行的影響程度，將程序分為不同的級別，每一級賦予不同的權限。低級別的程序不能訪問高級別程序的內存空間。內存保護機制文件系統04文件概念文件是計算機中存儲數據的基本單位，通常是一組相關數據的集合，具有名稱、創建時間、修改時間等屬性。文件組織結構常見的文件組織結構包括順序結構、鏈接結構、索引結構等。其中，順序結構將文件數據按照順序存儲在連續的物理塊中；鏈接結構通過指針將分散的物理塊鏈接起來；索引結構則通過建立索引表來管理文件的物理存儲位置。文件概念及組織結構包括順序訪問、隨機訪問和直接訪問等。順序訪問按照文件的邏輯順序進行讀寫操作；隨機訪問可以任意跳轉到文件的任意位置進行讀寫；直接訪問則通過計算文件的物理地址直接進行讀寫。文件訪問方法操作系統通過用戶身份認證和訪問控制列表（ACL）等手段對文件訪問進行權限控制，確保不同用戶對文件的操作符合安全策略。權限控制文件訪問方法與權限控制通過內存緩存來加速文件訪問速度，減少磁盤I/O操作次數。緩存技術采用合適的磁盤調度算法，如先來先服務（FCFS）、最短尋道時間優先（SSTF）、掃描算法（SCAN）等，以優化磁盤讀寫性能。磁盤調度算法針對文件系統的特點，采用如日志結構文件系統（LFS）、分布式文件系統（DFS）等高級文件系統技術，提高文件系統的可靠性和性能。文件系統優化文件系統性能優化策略設備管理05設備驅動程序概念設備驅動程序是操作系統內核與硬件設備之間的接口，它負責管理和控制設備的操作，提供設備服務的軟件程序。設備驅動程序原理設備驅動程序通過操作系統提供的系統調用接口與硬件設備進行通信，實現對設備的控制和管理。它通常包括設備初始化、設備打開、設備讀寫、設備關閉等操作。設備驅動程序實現方法設備驅動程序的實現方法因操作系統和硬件設備而異。常見的實現方法包括使用操作系統提供的設備驅動開發框架、直接編寫內核模塊、使用硬件抽象層（HAL）等。設備驅動程序原理及實現方法010203設備分配策略設備分配策略是指操作系統如何為進程分配和管理設備資源的方法。常見的設備分配策略包括獨占設備分配、共享設備分配和虛擬設備分配。資源共享技術資源共享技術是指多個進程或線程共享使用同一設備資源的技術。常見的資源共享技術包括使用信號量、互斥鎖、條件變量等同步機制，以及使用設備文件、設備隊列等數據結構。設備獨立性設備獨立性是指應用程序與具體設備無關，即應用程序使用邏輯設備名請求使用設備，而由操作系統負責將邏輯設備名映射到具體的物理設備。這種機制使得應用程序具有更好的可移植性和易維護性。設備分配策略與資源共享技術I/O緩沖技術I/O緩沖技術是指使用內存緩沖區暫存輸入/輸出數據，以減少頻繁的磁盤或網絡訪問，提高I/O操作效率。常見的I/O緩沖技術包括單緩沖、雙緩沖、循環緩沖和多緩沖等。I/O調度算法是指操作系統對進程發出的I/O請求進行排序和調度的算法。常見的I/O調度算法包括先來先服務（FCFS）、最短尋道時間優先（SSTF）、掃描算法（SCAN）和循環掃描算法（CSCAN）等。DMA（DirectMemoryAccess）技術是一種允許外部設備和內存直接進行數據傳輸的技術，無需CPU的干預。使用DMA技術可以大大減輕CPU的負擔，提高數據傳輸效率。中斷處理技術是指當外部設備完成I/O操作或發生異常情況時，通過中斷方式通知CPU進行處理的技術。中斷處理可以使得CPU和外設并行工作，提高系統整體效率。I/O調度算法DMA技術中斷處理技術I/O操作優化方法用戶界面與交互性支持0603典型命令行界面實現方法介紹常見的命令行界面實現方法，如bash、zsh等，并分析其實現原理和特點。01命令行界面基本概念介紹命令行界面的定義、特點、優缺點等基本概念。02命令行解析原理詳細闡述命令行解析器的工作原理，包括參數解析、命令匹配、錯誤處理等。命令行界面設計原理及實現方法圖形用戶界面設計原理詳細闡述圖形用戶界面的設計原理，包括窗口管理、事件驅動、控件布局等。典型圖形用戶界面實現方法介紹常見的圖形用戶界面實現方法，如Windows、macOS、Linux桌面環境等，并分析其實現原理和特點。圖形用戶界面基本概念介紹圖形用戶界面的定義、特點、發展歷程等基本概念。圖形用戶界面設計原理及實現方法123介紹多用戶環境的定義、特點、應用場景等基本概念。多用戶環境基本概念詳細闡述多用戶環境下的交互性支持技術，包括進程間通信、遠程過程調用、分布式計算等。多用戶環境下的交互性支持技術介紹常見的多用戶交互系統實現方法，如Unix/Linux多用戶系統、Windows多用戶系統等，并分析其實現原理和特點。典型多用戶交互系統實現方法多用戶環境下的交互性支持技術安全性和保護機制07安全性威脅的類型包括病毒、蠕蟲、木馬、惡意軟件、黑客攻擊等。操作系統安全性的重要性確保數據的機密性、完整性和可用性，防止未經授權的訪問和攻擊，維護系統的穩定性和可靠性。操作系統安全性的定義保護計算機系統和網絡不受未經授權的訪問、攻擊或破壞的能力。操作系統安全性概述訪問控制策略和權限管理技術可以通過操作系統提供的訪問控制列表、安全標識符、特權級別等機制來實現。訪問控制和權限管理的實現方式定義誰可以訪問系統資源以及他們可以執行哪些操作。常見的策略包括自主訪問控制、強制訪問控制和基于角色的訪問控制。訪問控制策略用于管理用戶對系統資源的訪問權限。這包括用戶身份驗證、授權和權限分配等過程。權限管理技術加密和簽名技術在操作系統中的應用通過將敏感信息轉換為不可讀的代碼形