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计算机科学与程序设计导论PPT第4章操作系统

CATALOGUE目录操作系统概述进程管理内存管理文件系统设备管理操作系统安全

01操作系统概述

处理机管理分配和控制处理机资源，实现多道程序并发执行。设备管理管理和控制计算机的所有硬件设备，提供设备驱动程序和接口。用户接口提供命令接口、程序接口和图形接口，方便用户使用计算机。定义操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、合理组织计算机工作流程以及方便用户使用的程序的集合。存储器管理负责内存的分配、保护和扩充，提供虚拟存储技术。文件管理支持文件的存储、访问、修改和保护等操作，提供文件共享和必威体育官网网址措施。010203040506操作系统的定义与功能

0102早期操作系统手工操作方式，用户独占全机资源，CPU等待人工操作。批处理系统脱机输入/输出技术，监督程序负责作业自动转接，实现多道程序并发执行。分时系统多个用户通过终端同时与一台计算机交互，实现“分时使用”。实时系统对外部输入的信息在规定的时间内做出反应，常用于工业控制系统。网络操作系统和分布式操…实现计算机网络中的资源共享和协同工作。030405操作系统的历史与发展

并发性多个程序或任务在同一时间间隔内同时执行。分类根据运行环境和功能需求的不同，操作系统可分为批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统和分布式操作系统等。共享性操作系统中的资源可供多个并发执行的程序共同使用。异步性多道程序环境下，程序的执行顺序和执行时间是不确定的。虚拟性通过技术手段将物理实体变为逻辑上的对应物。操作系统的分类与特点

02进程管理

03进程控制块（PCB）操作系统通过进程控制块来管理进程，PCB中包含了进程的各种信息，如进程标识符、处理器状态、内存管理等。01进程的定义进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，是程序的执行过程。02进程的状态进程在执行过程中会经历多种状态，如新建、就绪、运行、阻塞和终止等。进程的概念与状态

按照进程到达的先后顺序进行调度，先到达的进程先执行。先来先服务（FCFS）根据进程的执行时间进行调度，执行时间短的进程优先执行。短作业优先（SJF）根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先执行。优先级调度将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程轮流执行一个时间片。时间片轮转（RR）进程调度算法

多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证正确的执行顺序和结果。常见的同步机制有信号量、互斥锁等。进程同步进程之间需要交换数据和信息以实现协作。常见的通信方式有管道、消息队列、共享内存等。进程通信死锁是指多个进程因竞争资源而陷入的一种僵局状态；饥饿是指某些进程长时间得不到执行的现象。操作系统需要采取相应的策略来避免或解决这些问题。死锁与饥饿进程同步与通信

03内存管理

123在程序运行时，根据需求动态地分配内存空间，如使用malloc()函数在C语言中分配内存。动态内存分配当程序不再需要某块内存时，应将其释放回系统，以避免内存泄漏，如在C语言中使用free()函数释放内存。内存回收频繁的内存分配与回收可能导致内存碎片，影响内存利用率，因此需要采取适当的内存管理策略来减少碎片。内存碎片内存的分配与回收

虚拟内存概念01虚拟内存是一种内存管理技术，它允许程序使用比物理内存更大的内存空间。分页与分段02虚拟内存通过分页或分段技术将程序划分为多个块，每个块可以独立地加载到物理内存中。页面置换算法03当物理内存空间不足时，虚拟内存管理器会使用页面置换算法（如最近最少使用算法LRU）来选择将哪些页面置换出物理内存。虚拟内存技术

错误处理当程序发生内存错误时（如访问空指针或越界访问），操作系统应能够捕获这些错误并采取相应的处理措施，如终止程序运行或报告错误信息。边界检查确保程序访问的内存地址在合法范围内，防止越界访问。访问权限控制对内存的访问权限进行控制，如只允许程序访问其自己的内存空间，防止非法访问其他程序的内存。内存加密对敏感数据进行加密存储，以防止数据泄露或被篡改。内存保护机制

04文件系统

文件是计算机中存储数据的基本单位，通常是一组相关数据的集合，可以包含文本、图像、音频、视频等多种形式的数据。根据文件的内容和用途，文件可以分为多种类型，如文本文件、图像文件、音频文件、视频文件、可执行文件等。文件的概念与类型文件的类型文件的概念

目录的概念目录是文件系统中用于组织和存储文件的逻辑结构，类似于文件夹的概念，可以包含文件和子目录。目录结构常见的目录结构有树形目录结构和层次目录结构。树形目录结构以根目录为起点，通过多级子目录层层展开；层次目录结构则按照文件的层次关系进行组织。路径的概念路径是指从根目录到指定文件或目录的路线，分为绝对路径和相对路径两种。绝对路径是从根目录开始的完整路径，而相对路径则是相对于当前位置的路径。文件目录结构

常