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操作系统概论课件
操作系统概述
进程管理
内存管理
文件系统
设备管理
用户界面与交互性支持
安全性和保护机制
现代操作系统发展趋势和挑战
contents
目
录
01
操作系统概述
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。
设备管理
提供硬件设备接口，控制设备工作。
处理机管理
分配和控制处理机资源。
文件管理
支持文件的存取、修改等操作。
存储器管理
负责内存的分配与回收。
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。
手工操作阶段
实时系统阶段
网络操作系统和分布式操作系统阶段
分类
分时系统阶段
批处理阶段
用户直接使用机器语言编写程序，无操作系统支持。
出现监控程序，实现作业的自动转接。
多个用户同时使用一台计算机，实现人机交互。
对外部请求在严格时间范围内做出反应。
实现计算机网络中的资源共享和协同工作。
根据运行环境和功能特点可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。
作为系统软件的核心
操作系统是计算机系统中最重要的系统软件，它管理和控制计算机系统中的所有软硬件资源，是用户和计算机之间的接口。
承上启下的作用
对上，操作系统提供用户接口，方便用户使用计算机；对下，操作系统管理和控制硬件资源，为上层软件提供运行环境。
提高系统资源利用率
通过合理的资源分配和任务调度，操作系统可以提高计算机系统的资源利用率，从而提高系统的整体性能。
02
进程管理
进程定义
01
进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，它是程序的执行过程，具有动态性、并发性、独立性和异步性等特征。
进程状态
02
进程在其生命周期内会经历多种状态，如创建态、就绪态、运行态、阻塞态和终止态。这些状态之间的转换由操作系统根据进程的执行情况和资源需求进行管理。
进程控制块（PCB）
03
PCB是操作系统用于管理进程的重要数据结构，它记录了进程的各种属性和状态信息，如进程ID、程序计数器、CPU寄存器、内存管理信息等。
调度层次
根据调度发生的时机和目的，可以将进程调度分为高级调度（作业调度）、中级调度（内存调度）和低级调度（CPU调度）。
调度算法
常见的进程调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转（RR）和多级反馈队列等。这些算法各有优缺点，适用于不同的应用场景。
调度策略
为了优化系统性能，可以采用多种调度策略，如抢占式和非抢占式调度、静态和动态优先级分配、多级队列和多处理器调度等。
同步原语
为了避免并发进程之间的冲突和竞争条件，操作系统提供了一系列同步原语，如互斥锁、信号量、条件变量和读写锁等。这些原语可以确保对共享资源的访问是互斥的，从而避免数据不一致的问题。
进程通信
进程之间需要进行信息交换和协作以完成共同的任务。常见的进程通信机制包括管道（pipe）、消息队列、信号（signal）、共享内存和套接字（socket）等。这些机制提供了不同粒度和灵活性的通信方式，以满足不同应用的需求。
03
内存管理
连续分配方式
这是最简单的内存分配方式，包括单一连续分配、固定分区分配和动态分区分配。其中，动态分区分配可以根据进程的大小动态地划分内存空间，提高了内存利用率。
非连续分配方式
为了解决连续分配方式中的碎片问题，出现了非连续分配方式，包括页式管理、段式管理和段页式管理。这些方式允许一个进程分散地装入到许多不相邻的内存分区中。
分配算法
在动态分区分配方式中，常用的内存分配算法有首次适应算法、最佳适应算法和最差适应算法。这些算法用于决定把空闲分区分配给哪个进程。
在页式管理的基础上，增加了请求调页和页面置换功能。当内存空间不足时，可以将一些页面暂时换出到外存中，需要时再调入内存。
请求分页存储管理
在段式管理的基础上，增加了请求调段和分段置换功能。这种方式便于实现共享和保护，也便于实现动态链接。
请求分段存储管理
结合了请求分页和请求分段两种方式的优点，既具有分页系统的优点，如可有效地利用内存空间和支持多道程序运行等，又能方便地实现段的共享和保护等。
请求段页式存储管理
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通过设置一对界限寄存器来限定用户程序的活动范围，防止用户程序越界访问其他程序或操作系统区域。
界限寄存器保护
通过给内存页面或段设置不同的访问权限（如读、写、执行等），防止用户程序越权访问。
访问权限保护
通过设置硬件保护键来区分不同用户程序的访问权限，只有拥有相应权限的程序才能访问对应的内存区域。
硬件保护键
04
文件系统
文件概念
文件是计算机系统中用于存储和管理数据的基本单位，通常被组织成记录或字节的序列。文件可以是文本、图像、音频、视频等各种类型的数据。
类型划分
根据文件的性质和用途
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