《操作系统结构》课件.pptVIP

**********************操作系统结构操作系统是计算机系统中重要的组成部分，它管理着硬件资源和软件资源，为用户提供一个友好的使用环境。课程目标11.理解操作系统基本概念学习操作系统的基本概念和重要概念，如进程、线程、内存管理和文件系统等。22.掌握操作系统工作原理深入了解操作系统的工作原理，包括进程管理、内存管理、文件管理和I/O管理等。33.运用操作系统知识解决实际问题能够将操作系统知识应用于实际问题，例如优化系统性能、提高系统效率等。44.培养分析问题和解决问题的能力通过学习操作系统，培养分析问题和解决问题的能力，提高计算机系统应用水平。课程大纲操作系统概述操作系统的定义、功能、目标和分类。进程管理进程概念、进程状态、进程控制、进程通信、进程同步。内存管理内存分配策略、虚拟内存、页面置换算法。文件管理文件系统结构、文件操作、目录管理。操作系统概述操作系统是管理计算机硬件和软件资源的软件。它提供了用户与计算机之间的接口，并为应用程序提供运行环境。操作系统负责管理计算机的内存、文件系统、进程、网络等资源，为用户提供安全、高效、友好的使用体验。操作系统的功能资源管理操作系统管理计算机系统资源，包括处理器、内存、存储器和外设。进程管理操作系统控制和管理进程的创建、执行和终止。安全管理操作系统提供安全措施，保护系统免受恶意访问和破坏。用户界面操作系统提供用户与计算机交互的方式，例如图形用户界面或命令行界面。操作系统的体系结构1内核操作系统核心，负责管理系统资源2系统调用接口用户程序与内核交互的桥梁3系统程序提供用户程序所需的工具和服务4用户程序运行在操作系统之上的应用程序操作系统体系结构是一个层次化的结构，由内核、系统调用接口、系统程序和用户程序组成。进程管理进程的概念一个正在执行的程序的实例，拥有自己的内存空间和资源。进程调度操作系统如何分配CPU时间给多个进程。进程通信进程之间共享数据和资源的方式，如管道、消息队列、共享内存。进程同步协调多个进程访问共享资源，防止数据冲突和死锁。线程轻量级进程线程是进程的一部分，是进程的执行单元。线程比进程更轻量级，创建和销毁更快。多个线程共享同一个进程的资源，如地址空间、文件等。并发执行一个进程可以创建多个线程，多个线程可以并发执行，提高程序效率。线程之间的切换比进程之间的切换更快，因此可以更好地利用CPU时间片。CPU调度CPU调度是操作系统的重要组成部分，负责管理CPU资源，决定哪个进程或线程可以获得CPU的使用权。CPU调度算法直接影响系统性能，例如响应时间、吞吐量和资源利用率等。1先来先服务最简单的调度算法，按照进程到达的顺序进行调度。2最短作业优先每次选择运行时间最短的进程。3优先级调度根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先获得CPU。4时间片轮转每个进程分配一个时间片，依次执行，时间片用完则切换到下一个进程。5多级反馈队列多个队列，根据进程的特性和优先级进行调度。死锁互斥条件多个进程竞争一个资源，只能由一个进程使用。占有并等待条件一个进程已经占有了至少一个资源，但又需要另外一个资源，而该资源被另一个进程占用。不可剥夺条件进程已经占用的资源不能被其他进程强行剥夺，只能由该进程自己释放。循环等待条件存在一个循环的进程等待资源，例如P1等待P2的资源，P2等待P3的资源，P3等待P1的资源。死锁的处理1预防死锁通过设置资源分配规则和限制进程请求资源的方式来防止死锁发生，例如，银行家算法。2避免死锁在资源分配过程中，动态地检测和避免死锁的出现，例如，资源分配图算法。3检测与解除死锁监控系统状态，检测死锁，并通过回滚、抢占或终止进程等方式解除死锁。内存管理内存管理概述操作系统管理内存资源。负责分配和回收内存，提高内存利用率。同时需要防止进程之间相互干扰，保证系统稳定运行。内存管理的目标最大化内存利用率提高系统性能保护用户程序和数据提供灵活的内存分配机制虚拟存储器扩展内存空间虚拟内存允许程序使用超过物理内存的地址空间，可以访问超出物理内存大小的数据。硬盘作为扩展内存虚拟内存利用硬盘作为辅助存储器，将部分数据存储在硬盘上，以模拟更大容量的内存。提高系统效率虚拟内存通过将部分未使用的数据移至硬盘，提高了多任务处理的效率。页面置换算法最佳页面置换算法该算法选择未来最长时间不会被访问的页面进行替换，但无法在实际系统中实现。先进先出（FIFO）算法该算法选择在内存