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操作系统第四讲操作系统的运行环境(二)
目录
操作系统概述
进程管理
内存管理
文件系统
设备管理
网络环境下的操作系统运行环境
01
操作系统概述
Chapter
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。
提供计算机系统的资源管理、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务以及保证系统安全等。
定义
功能
从手工操作到批处理系统、分时系统、实时系统，再到现代的个人计算机操作系统和网络操作系统。
根据运行环境和提供服务的方式，操作系统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。
分类
发展历程
异步性
在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进。
并发性
现代操作系统具有处理多个任务的能力，这些任务可以在同一时间间隔内并发执行。
共享性
操作系统中的资源可以被多个并发执行的程序共同使用，以达到资源共享的目的。
虚拟性
通过技术手段将物理实体变为逻辑上的对应物，或通过对物理实体的功能进行扩充或强化，以提供更为丰富、更为方便的服务。
02
进程管理
Chapter
进程状态
进程在执行过程中会经历多种状态，如就绪状态、执行状态、阻塞状态等。这些状态之间会根据进程的执行情况和系统资源状况进行转换。
进程定义
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、异步性和结构性等特征。
状态转换图
通过状态转换图可以清晰地表示进程在不同状态之间的转换过程，以及导致状态转换的事件或条件。
调度算法分类
01
根据不同的调度目标和策略，可以将进程调度算法分为多种类型，如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度（PriorityScheduling）、时间片轮转（RoundRobin）等。
调度策略
02
调度策略是指操作系统在进程调度时所采用的规则和方法，包括何时进行调度、选择哪个进程进行调度以及如何进行上下文切换等。
多级反馈队列
03
多级反馈队列是一种综合考虑进程优先级、等待时间和执行时间的调度算法，它将进程按照不同的优先级放入不同的队列中，并根据进程的行为动态调整其优先级和队列。
同步原语
为了保证多个进程之间协调地工作，操作系统提供了一组同步原语，如信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、条件变量（ConditionVariable）等。这些原语可以实现进程间的同步和互斥。
进程通信方式
进程通信是指不同进程之间交换数据和信息的过程。常见的进程通信方式包括管道（Pipe）、消息队列（MessageQueue）、共享内存（SharedMemory）和套接字（Socket）等。
死锁问题
当多个进程因竞争资源而造成的一种相互等待的现象称为死锁。操作系统需要采取一些策略来避免或解决死锁问题，如破坏死锁四个必要条件之一、银行家算法等。
03
内存管理
Chapter
单一连续分配
只能用于单用户、单任务的操作系统中，分为固定分区分配和动态分区分配。
分页存储管理
将内存空间分为一个个大小相等的分区，称为“页框”或“页帧”，每个页框有一个编号，即“页框号”或“帧号”。
分段存储管理
为了满足多道程序运行和信息共享的要求，将用户程序地址空间分成若干个大小不等的段，每段可以定义一组相对完整的逻辑信息。
段页式存储管理
结合了分段和分页的优点，先将用户程序分成若干个段，再把每个段分成若干个页，并为每一个段赋予一个段名。
虚拟内存的基本概念：是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储系统。
请求分页存储管理方式：在分页系统的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统。
页面置换算法：当需要调入一页而内存已满时，系统需根据某种算法将内存中的某一页换出，以便腾出空间存放新调入的页。常见的置换算法有最佳置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用置换算法和时钟置换算法等。
页面分配策略：驻留集大小固定和可变分配策略、调入策略和置换策略等。
确保各进程在自己的内存空间内运行，互不干扰；防止因一个进程发生错误而导致整个系统崩溃。
内存保护的目标
通过设置上下限寄存器保护基址和限长；采用重定位寄存器或界地址保护方式进行越界检查；利用存储保护键进行保护等。
内存保护的方法
在硬件方面，通过内存管理单元（MMU）实现内存保护；在软件方面，操作系统提供相应的系统调用和库函数，以支持内存保护机制的实现。
内存保护的实现
04
文件系统
Chapter
文件概念
文件是操作系统中进行数据存储和管理的基本单位，通常被组织成记录或数据块的集合。
类型划分
根据文件的性质和用途，可将其
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