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计算机操作系统
目录
contents
操作系统概述
进程管理
内存管理
文件系统
设备管理
网络与分布式操作系统
操作系统概述
01
操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、提供用户界面以及组织计算机工作流程的程序和数据的集合。
定义
包括处理器管理、内存管理、文件管理和设备管理等，旨在提高资源利用率和系统性能。
资源管理
提供命令行界面或图形用户界面，方便用户与计算机进行交互。
用户界面
通过访问控制、加密和防火墙等手段，确保系统安全和数据必威体育官网网址。
系统安全
从早期的批处理系统、分时系统，到现代的实时系统、网络操作系统和分布式操作系统等，操作系统不断发展和完善。
根据应用领域和特性，操作系统可分为桌面操作系统、服务器操作系统、嵌入式操作系统和移动操作系统等。
分类
发展历程
iOS
由苹果公司开发的移动操作系统，具有稳定的性能和优雅的用户界面设计。
Android
由Google和开放手机联盟联合开发的移动操作系统，具有开放性和广泛的应用软件支持。
Linux
一种自由和开放源代码的类UNIX操作系统，具有高度的可定制性和强大的网络功能。
Windows
由微软公司开发的桌面操作系统，具有广泛的应用软件支持和丰富的多媒体功能。
macOS
由苹果公司开发的桌面操作系统，具有优雅的界面设计和强大的多媒体处理能力。
进程管理
02
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，如就绪到运行、运行到阻塞、阻塞到就绪等。
进程控制块（PCB）
03
操作系统通过进程控制块来管理进程，PCB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、进程队列指针等。
根据不同的调度目标和策略，进程调度算法可分为先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度（PriorityScheduling）、时间片轮转（RR）等。
调度算法分类
进程调度的时机包括进程创建、进程结束、阻塞和唤醒等。在调度时机到来时，操作系统会保存当前进程的上下文信息，选择新的进程并执行上下文切换。
调度时机与切换
多级反馈队列调度算法结合了多种调度算法的优点，根据进程的性质和需求将其分配到不同的队列中，并为每个队列设置不同的优先级和调度算法。
多级反馈队列调度
同步原语
操作系统提供了一系列同步原语来实现进程间的同步，如信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、条件变量（ConditionVariable）等。
进程通信方式
进程间通信的方式有多种，包括管道（Pipe）、消息队列（MessageQueue）、信号（Signal）、共享内存（SharedMemory）等。这些通信方式可以满足不同场景下的进程间数据传输和协同工作需求。
死锁与饥饿问题
在进程同步和通信过程中，可能会出现死锁和饥饿等问题。死锁是指两个或多个进程因争夺资源而造成的一种僵局；饥饿则是指某些进程长时间得不到执行的现象。操作系统需要采取相应的策略来避免或解决这些问题。
内存管理
03
静态分配
动态分配
分配算法
回收策略
在程序编译或加载时确定内存需求，并一次性分配所需内存空间。
包括首次适应、最佳适应、最差适应等算法，用于在空闲内存块中选择合适的块进行分配。
在程序运行时根据需要动态申请和释放内存空间。
包括引用计数、标记-清除、复制等策略，用于回收不再使用的内存空间。
虚拟内存概念
将内存抽象为一个连续的地址空间，允许程序使用比物理内存更大的内存空间。
请求分页
将程序的逻辑地址空间划分为大小相等的页面，按需将页面加载到物理内存中。
请求分段
将程序的逻辑地址空间划分为多个段，每个段对应一个连续的内存区域，按需将段加载到物理内存中。
页面置换算法
包括最近最少使用（LRU）、先进先出（FIFO）、最不经常使用（LFU）等算法，用于选择需要被置换出物理内存的页面。
通过硬件和软件手段保护内存中的数据和代码不被非法访问或修改。
内存保护机制
访问控制
安全策略
漏洞防范
通过权限管理、身份验证等手段控制对内存的访问权限。
包括数据加密、内存隔离、安全审计等策略，用于保障内存数据的安全性和完整性。
针对缓冲区溢出、野指针等常见内存漏洞，采取相应的防范措施，如堆栈保护、地址随机化等。
文件系统
04
文件是计算机中存储数据的基本单位，通常是一组相关数据的集合，可以包含文本、图像、音频、视频等各种类型的数据。
文件概念
文件组织结构是指文件在存储介质上的组织方式，常见的文件组织结构有顺序结构、索引结构、链式结构和哈希结构等。不同的文件组织结构适用于不同的应用场景，例如顺序结
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