計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)知識點(diǎn)總結(jié)

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)知識點(diǎn)總結(jié)目錄CONTENTS操作系統(tǒng)概述進(jìn)程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理用戶界面與交互性支持系統(tǒng)安全性與保護(hù)機(jī)制01操作系統(tǒng)概述CHAPTER定義操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源、合理組織計(jì)算機(jī)工作流程以及方便用戶使用的程序的集合。功能操作系統(tǒng)具有處理機(jī)管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理和用戶接口五大基本功能。這些功能使得計(jì)算機(jī)能夠高效、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，并為用戶提供友好的使用界面。定義與功能操作系統(tǒng)經(jīng)歷了從手工操作到批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)、網(wǎng)絡(luò)和多媒體等多個(gè)發(fā)展階段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，操作系統(tǒng)的功能和性能也在不斷提升。發(fā)展歷程根據(jù)運(yùn)行環(huán)境和使用方式的不同，操作系統(tǒng)可分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)等。分類發(fā)展歷程及分類整體式結(jié)構(gòu)：這是最簡單的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程組成，每個(gè)進(jìn)程都包含了完整的操作系統(tǒng)功能。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是簡單明了，但缺點(diǎn)是缺乏靈活性和可擴(kuò)展性。層次式結(jié)構(gòu)：層次式結(jié)構(gòu)將操作系統(tǒng)劃分為若干個(gè)層次，每個(gè)層次都建立在較低層次的基礎(chǔ)上，并向上提供服務(wù)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，但缺點(diǎn)是增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和開發(fā)難度。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)：微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是一種新型的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它將操作系統(tǒng)的核心功能（如進(jìn)程管理、內(nèi)存管理等）保留在內(nèi)核中，而將其他非核心功能（如文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等）移出內(nèi)核，以用戶態(tài)進(jìn)程的形式實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，同時(shí)降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和開發(fā)難度，但缺點(diǎn)是增加了系統(tǒng)運(yùn)行的開銷和響應(yīng)時(shí)間。操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)02進(jìn)程管理CHAPTER進(jìn)程是操作系統(tǒng)中進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，是程序的執(zhí)行過程。進(jìn)程定義進(jìn)程狀態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程在執(zhí)行過程中會呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，如就緒、運(yùn)行、阻塞等。進(jìn)程在執(zhí)行過程中會在不同狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如就緒到運(yùn)行、運(yùn)行到阻塞、阻塞到就緒等。030201進(jìn)程概念及狀態(tài)轉(zhuǎn)換按照進(jìn)程到達(dá)的先后順序進(jìn)行調(diào)度，先到達(dá)的進(jìn)程先執(zhí)行。先來先服務(wù)（FCFS）根據(jù)進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)度，執(zhí)行時(shí)間短的進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行。短作業(yè)優(yōu)先（SJF）根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級高的進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行。優(yōu)先級調(diào)度將CPU時(shí)間劃分為固定大小的時(shí)間片，每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)時(shí)間片，輪流執(zhí)行。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）進(jìn)程調(diào)度算法進(jìn)程同步與通信機(jī)制通過信號量及PV操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步與互斥。通過消息隊(duì)列或信箱等方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信。通過共享內(nèi)存區(qū)域?qū)崿F(xiàn)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)共享和通信。通過管道實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的單向數(shù)據(jù)流通信。信號量機(jī)制消息傳遞機(jī)制共享內(nèi)存機(jī)制管道通信機(jī)制03內(nèi)存管理CHAPTER程序在編譯或鏈接時(shí)確定內(nèi)存需求，系統(tǒng)一次性分配所需內(nèi)存空間，程序執(zhí)行期間不再改變。靜態(tài)分配程序在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要申請或釋放內(nèi)存空間，系統(tǒng)根據(jù)請求進(jìn)行內(nèi)存空間的分配與回收。動(dòng)態(tài)分配頻繁的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配與釋放可能導(dǎo)致內(nèi)存碎片問題，降低內(nèi)存利用率。內(nèi)存碎片內(nèi)存空間分配與回收

虛擬內(nèi)存技術(shù)虛擬內(nèi)存概念通過軟硬件技術(shù)將物理內(nèi)存抽象為虛擬內(nèi)存，提供比實(shí)際物理內(nèi)存更大的地址空間。請求分頁將程序的邏輯地址空間劃分為大小相等的頁面，按需將頁面調(diào)入或調(diào)出內(nèi)存。頁面置換算法當(dāng)內(nèi)存空間不足時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)捻撁孢M(jìn)行置換，常見的算法有先進(jìn)先出、最近最少使用等。設(shè)置基址寄存器和限長寄存器，確保程序訪問的內(nèi)存地址在合法范圍內(nèi)。界限寄存器將程序的邏輯地址空間劃分為多個(gè)段，每個(gè)段有自己的基址和限長，實(shí)現(xiàn)不同程序之間的內(nèi)存隔離。分段保護(hù)對內(nèi)存的訪問權(quán)限進(jìn)行控制，如只讀、讀寫等，防止程序?qū)Ψ欠▋?nèi)存的訪問。訪問權(quán)限控制內(nèi)存保護(hù)機(jī)制04文件系統(tǒng)CHAPTER文件是計(jì)算機(jī)中存儲數(shù)據(jù)的基本單位，通常是一組相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，可以包含文本、圖像、音頻、視頻等各種類型的數(shù)據(jù)。文件概念根據(jù)文件內(nèi)容和格式的不同，文件可以分為文本文件、二進(jìn)制文件、圖像文件、音頻文件、視頻文件等多種類型。文件類型文件概念及類型文件的邏輯結(jié)構(gòu)是指用戶從邏輯上看到的文件組織形式，包括流式文件和記錄式文件兩種。流式文件以字節(jié)為單位進(jìn)行組織，而記錄式文件則以記錄為單位進(jìn)行組織。邏輯結(jié)構(gòu)文件的物理結(jié)構(gòu)是指文件在存儲設(shè)備上的存放方式，包括連續(xù)存放、鏈接存放和索引存放三種方式。連續(xù)存放方式將文件數(shù)據(jù)連續(xù)存放在磁盤上，鏈接存放方式將文件數(shù)據(jù)分散存放在磁盤上并通過指針鏈接起來，索引存放方式則通過建立索引表來管理文件的存放位置。物理結(jié)構(gòu)文件組織結(jié)構(gòu)文件操作操作系統(tǒng)提供了一系列的文件操作功能，如創(chuàng)建文件、打開文件、讀/寫文件、關(guān)閉文件和刪除文件等。這些操作可以通過系統(tǒng)調(diào)用或命令方式實(shí)現(xiàn)。文件保護(hù)機(jī)制為了保護(hù)文件的安全性和完整性，操作系統(tǒng)提供了多種文件保護(hù)機(jī)制，如訪問控制列表（ACL）、加密文件系統(tǒng)（EFS）和備份恢復(fù)機(jī)制等。訪問控制列表可以控制用戶對文件的訪問權(quán)限，加密文件系統(tǒng)可以對文件進(jìn)行加密以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問，備份恢復(fù)機(jī)制則可以定期備份文件并在需要時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。文件操作與保護(hù)機(jī)制05設(shè)備管理CHAPTER設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序作用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序充當(dāng)了操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間的接口，使得操作系統(tǒng)能夠正確地識別、配置和控制硬件設(shè)備。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序概念設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)中與硬件設(shè)備交互的軟件模塊，它提供了對設(shè)備的控制和管理功能。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常由設(shè)備控制塊、中斷處理程序、設(shè)備服務(wù)例程等部分組成，它們協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常運(yùn)行。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序原理設(shè)備分配策略是指操作系統(tǒng)如何為進(jìn)程分配所需的設(shè)備資源。常見的設(shè)備分配策略包括獨(dú)占分配、共享分配和虛擬分配等。設(shè)備分配策略設(shè)備回收策略是指當(dāng)進(jìn)程不再需要設(shè)備資源時(shí)，操作系統(tǒng)如何回收這些資源。常見的設(shè)備回收策略包括立即回收、延遲回收和超時(shí)回收等。設(shè)備回收策略操作系統(tǒng)中通常采用一些算法來輔助設(shè)備分配與回收過程，如先來先服務(wù)（FCFS）、最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、優(yōu)先級調(diào)度等。設(shè)備分配與回收算法設(shè)備分配與回收策略設(shè)備獨(dú)立性概念01設(shè)備獨(dú)立性是指應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備，即應(yīng)用程序以邏輯設(shè)備名請求使用設(shè)備，而系統(tǒng)在實(shí)際執(zhí)行時(shí)將其映射到相應(yīng)的物理設(shè)備上。設(shè)備獨(dú)立性優(yōu)點(diǎn)02設(shè)備獨(dú)立性提高了系統(tǒng)的可移植性和易維護(hù)性，使得應(yīng)用程序無需關(guān)心底層硬件設(shè)備的具體細(xì)節(jié)，降低了開發(fā)和維護(hù)成本。設(shè)備獨(dú)立性實(shí)現(xiàn)方式03操作系統(tǒng)通過引入邏輯設(shè)備名和物理設(shè)備名的映射機(jī)制來實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性。當(dāng)應(yīng)用程序請求使用某個(gè)邏輯設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)會根據(jù)映射關(guān)系找到相應(yīng)的物理設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作。設(shè)備獨(dú)立性原理06用戶界面與交互性支持CHAPTER命令歷史與編輯為了方便用戶操作，系統(tǒng)通常會提供命令歷史記錄功能，并支持對命令進(jìn)行編輯、修改等操作。命令幫助與文檔系統(tǒng)需要提供命令的幫助信息和文檔，以便用戶可以了解命令的詳細(xì)信息和使用方法。命令行解析操作系統(tǒng)需要能夠解析用戶輸入的命令，包括命令名稱、參數(shù)等，并將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以執(zhí)行的指令。命令行界面設(shè)計(jì)窗口管理圖形用戶界面通常采用窗口來展示不同的應(yīng)用程序和任務(wù)，系統(tǒng)需要提供窗口管理功能，如打開、關(guān)閉、移動(dòng)、縮放窗口等。事件處理圖形用戶界面中的用戶操作，如鼠標(biāo)點(diǎn)擊、鍵盤輸入等，都會被轉(zhuǎn)化為事件進(jìn)行處理。系統(tǒng)需要提供事件處理機(jī)制，以便應(yīng)用程序可以響應(yīng)用戶的操作。圖形繪制圖形用戶界面需要支持圖形繪制功能，如繪制文本、圖像、圖形等。系統(tǒng)需要提供相應(yīng)的圖形庫和API，以便應(yīng)用程序可以使用這些功能。圖形用戶界面設(shè)計(jì)用戶會話管理在多用戶環(huán)境下，系統(tǒng)需要支持多個(gè)用戶同時(shí)登錄，并為每個(gè)用戶創(chuàng)建獨(dú)立的會話。系統(tǒng)需要管理這些會話，包括會話的創(chuàng)建、銷毀、切換等。多個(gè)用戶可能會同時(shí)訪問共享資源，如文件、打印機(jī)等。系統(tǒng)需要提供并發(fā)控制機(jī)制，以確保資源的一致性和安全性。在多用戶環(huán)境下，系統(tǒng)需要提供安全性與權(quán)限管理功能，以確保不同用戶只能訪問其被授權(quán)的資源。這包括用戶身份驗(yàn)證、訪問控制列表（ACL）等功能。并發(fā)控制安全性與權(quán)限管理多用戶環(huán)境下的交互性支持07系統(tǒng)安全性與保護(hù)機(jī)制CHAPTER用戶或用戶進(jìn)程對自身所創(chuàng)建的客體具有相應(yīng)的訪問權(quán)限，并可將其所擁有的權(quán)限的部分或全部授予其他用戶。自主訪問控制系統(tǒng)對訪問主體和受控對象實(shí)行強(qiáng)制訪問控制，系統(tǒng)事先給訪問主體和受控對象分配不同的安全屬性。強(qiáng)制訪問控制根據(jù)用戶在組織內(nèi)的角色來分配資源訪問權(quán)限，將權(quán)限與角色相關(guān)聯(lián)，用戶通過成為適當(dāng)角色的成員而得到這些角色的權(quán)限?；诮巧脑L問控制訪問控制策略對稱加密采用單鑰密碼系統(tǒng)的加密方法，同一個(gè)密鑰可以同時(shí)用作信息的加密和解密。非對稱加密又稱公鑰加密，使用一對密鑰來分別完成加密和解密操作，其中一個(gè)公開發(fā)布（公鑰），另一個(gè)由用戶自己秘密保存（私鑰）?；旌霞用芙Y(jié)合對稱加密和非對稱加密的優(yōu)點(diǎn)，先用非對稱加密技術(shù)加密對稱密鑰，再用對稱加密技