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操作系统ppt2

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

操作系统安全性

现代操作系统发展趋势

01

操作系统概述

01

02

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

脱机输入输出方式，监督程序自动依次处理多个作业，提高CPU利用率。

分时系统

多个用户通过终端同时共享一台主机，每个用户都获得独立的交互体验。

实时系统

对外部请求在严格时间范围内做出反应，广泛应用于工业控制、军事等领域。

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。

03

04

05

重要性

操作系统是现代计算机系统的核心和基石，它管理和控制计算机的软硬件资源，为用户提供方便、高效和安全的使用环境。

嵌入式操作系统

如Android、iOS等，用于智能手机、平板电脑等移动设备。

桌面操作系统

如Windows、macOS和Linux等，用于个人计算机办公环境。

实时操作系统

如VxWorks、RT-Thread等，用于工业控制、航空航天等领域。

服务器操作系统

如WindowsServer、Linux等，用于提供网络服务和管理网络资源。

分布式操作系统

如Hadoop、Spark等，用于大数据处理和分析等领域。

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

进程在执行过程中会经历多种状态，如就绪状态、运行状态、阻塞状态等。这些状态之间会根据特定条件进行转换，如就绪-运行、运行-阻塞、阻塞-就绪等。

进程控制块（PCB）

03

为了管理进程，操作系统会为每个进程创建一个进程控制块，其中包含了进程的各种信息，如进程标识符、处理器状态、进程优先级等。

按照进程到达的先后顺序进行调度，先到达的进程先被执行。这种算法简单易懂，但可能导致长作业等待时间过长。

先来先服务（FCFS）

根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先被执行。这种算法有利于提高系统吞吐量，但对长作业不利。

短作业优先（SJF）

为每个进程分配一个优先级，优先级高的进程优先被执行。这种算法可以灵活地满足不同用户的需求，但需要合理设置优先级。

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。当时间片用完时，进程被切换到就绪队列的末尾等待下一次调度。这种算法既保证了公平性，又提高了系统响应速度。

时间片轮转（RR）

信号量机制：通过设置一个整型变量（信号量）来表示资源的可用数量，进程在访问共享资源前需要先申请信号量，使用完后再释放信号量。这种机制可以有效解决进程间的同步和互斥问题。

消息传递机制：进程间通过发送和接收消息来进行通信。消息可以包含数据和控制信息，发送方将消息发送到接收方的消息队列中，接收方从消息队列中取出消息进行处理。这种机制可以实现进程间的灵活通信和数据交换。

管道通信：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，即只能由一端写入，由另一端读出。管道适用于具有亲缘关系进程间的通信，如父子进程或兄弟进程之间的通信。

共享内存机制：多个进程可以共享同一块内存空间，通过在这片共享内存空间中写入和读取数据来实现进程间的通信。这种机制通信效率高，但需要解决同步和互斥问题以防止数据冲突和不一致。

03

内存管理

程序在编译时确定内存需求，运行期间不再改变。这种方法简单，但缺乏灵活性，可能导致内存浪费。

静态分配

在程序运行时按需分配和回收内存。这种方法提高了内存利用率，但需要复杂的内存管理算法来避免内存泄漏和碎片。

动态分配

将内存划分为大小相等的段或页，便于内存的分配、保护和共享。这种方法提高了内存的利用率和管理效率。

分段和分页

保护键

为每个内存页面设置一个保护键，只有持有相应保护键的程序才能访问该页面，从而实现内存保护。

界限寄存器

通过设置界限寄存器来限制程序可以访问的内存范围，防止程序越界访问其他程序的内存空间。

访问权限检查

在程序访问内存前，先检查其访问权限。只有具有相应权限的程序才能访问对应的内存空间，否则将引发异常。

04

文件系统

文件是操作系统中进行数据管理的基本单位，它是一组相关信息的集合，以名称标识。

文件概念

根据文件的性质和用途，文件可分为普通文件、目录文件、特殊文件等。

文件类型

文件的逻辑结构是用户从自身使用角度看到的文件组织形式，包括流式文件和记录式文件两种。

文件的物理结构是操作系统在存储器上存放文件的方式，主要有连续结构、链接结构和索引结构三种。

文件的物理结构

文件的逻辑结构

操作系统提供了一系列文件操作命令，如创建文件、打开文件、读/写文件、关闭文件和删除文件等。

文件操作

为了保护文件的安全性和完整性，操作系