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操作系统简明教程PPT第1章

一、引言

1.1操作系统的定义与作用

操作系统（OperatingSystem，简称OS）是计算机系统中负责管理和控制硬件资源、提供各种服务以及协调各个应用程序之间关系的系统软件。它是计算机硬件与用户之间的接口，为用户提供了方便、高效、安全的计算机使用环境。

1.2操作系统的发展历程

操作系统的发展经历了以下几个阶段：

（1）早期操作系统：20世纪50年代，计算机主要用于科学计算，没有操作系统或仅有简单的操作系统。

（2）单任务操作系统：20世纪60年代，计算机开始应用于事务处理，出现了单任务操作系统，如DOS。

（3）多任务操作系统：20世纪70年代，计算机性能不断提升，出现了多任务操作系统，如UNIX。

（4）现代操作系统：20世纪80年代至今，计算机进入个人电脑时代，出现了Windows、Linux等现代操作系统。

1.3操作系统的分类

操作系统主要分为以下几类：

（1）单用户操作系统：如DOS、Windows95。

（2）多用户操作系统：如UNIX、Linux。

（3）实时操作系统：如RTOS。

（4）嵌入式操作系统：如Android、iOS。

二、操作系统的基本功能

2.1进程管理

2.1.1进程与线程的概念

进程是计算机系统中独立运行的一个程序实例，它是系统进行资源分配和调度的基本单位。线程是进程中的一个执行流，是进程的组成部分。

2.1.2进程的创建与撤销

进程的创建包括分配资源、建立进程控制块（PCB）等。进程撤销时，需要释放进程所占用的资源，撤销PCB。

2.1.3进程的同步与互斥

进程同步是指进程之间按照一定的顺序执行。互斥是指多个进程不能同时访问同一资源。

2.1.4进程调度

进程调度是指操作系统按照一定的策略，在多个进程之间分配CPU时间。

2.2存储管理

2.2.1存储器层次

存储器层次分为内存和辅存。内存是计算机系统中直接与CPU交互的存储器，辅存是内存的扩充。

2.2.2虚拟存储器

虚拟存储器是操作系统提供的一种内存管理技术，它允许程序使用比实际物理内存更大的存储空间。

2.2.3地址映射

地址映射是指将虚拟地址转换为物理地址的过程。

2.2.4存储分配策略

存储分配策略包括连续分配、分段分配、分页分配等。

2.3文件管理

2.3.1文件与目录

文件是存储在外存上的信息集合。目录用于组织和管理文件。

2.3.2文件系统

文件系统是操作系统用于管理文件和目录的一组数据结构和算法。

2.3.3文件操作

文件操作包括文件的创建、打开、读写、关闭等。

2.3.4文件存储空间分配

文件存储空间分配包括连续分配、链接分配、索引分配等。

2.4设备管理

2.4.1设备驱动程序

设备驱动程序是操作系统与设备之间的接口，负责实现设备的具体操作。

2.4.2中断处理

中断处理是指操作系统对硬件设备发出的中断信号进行处理的过程。

2.4.3I/O调度

I/O调度是指操作系统根据某种策略，在多个I/O请求之间分配设备资源的过程。

2.4.4缓冲管理

缓冲管理是指操作系统为提高I/O性能，在内存中设置缓冲区，用于暂存I/O数据。

三、操作系统的性能评价与性能优化

3.1操作系统的性能评价

操作系统的性能评价主要包括以下几个方面：

（1）CPU利用率：CPU利用率是指CPU工作时间与总时间的比值。

（2）吞吐量：吞吐量是指单位时间内系统处理的数据量。

（3）响应时间：响应时间是指从用户发出请求到系统给出响应的时间。

3.2操作系统的性能优化

操作系统的性能优化主要包括以下几个方面：

（1）进程调度优化：采用合理的进程调度算法，提高CPU利用率。

（2）存储管理优化：采用虚拟存储器、地址映射等技术，提高内存使用效率。

（3）文件系统优化：采用合理的文件存储空间分配策略，提高文件读写性能。

（4）设备管理优化：采用中断处理、I/O调度、缓冲管理等技术，提高I/O性能。

四、操作系统的安全与保护

4.1操作系统的安全级别

操作系统的安全级别分为以下几个等级：

（1）D级：无安全保护。

（2）C级：自主访问控制。

（3）B级：强制访问控制。

（4）A级：验证和完整性。

4.2操作系统的安全机制

操作系统的安全机制主要包括以下几个方面：

（1）用户认证：通过用户名和密码验证用户身份。

（2）访问控制：限制用户对系统资源的访问权限。

（3）加密技术：对敏感数据加密，防止数据泄露。

（4）审计与监控：记录系统操作，发现和预防安全事件。

五、操作系统的实例分析

5.1Windows操作系统

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