操作系統(tǒng)第七版概念復(fù)習(xí)資料【章】課件

操作系統(tǒng)第七版概念復(fù)習(xí)資料【章】課件contents目錄操作系統(tǒng)概述進(jìn)程管理內(nèi)存管理文件系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)調(diào)用與用戶接口操作系統(tǒng)概述01操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，為用戶和應(yīng)用程序提供便利的界面和服務(wù)。定義操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理、用戶界面等，它對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和性能發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用。作用操作系統(tǒng)的定義和作用01早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并沒有專門的操作系統(tǒng)，程序員需要直接與硬件打交道，編寫程序控制硬件資源。早期操作系統(tǒng)02隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，操作系統(tǒng)逐漸從硬件中分離出來，成為獨(dú)立的管理和控制軟件。發(fā)展歷程03現(xiàn)代操作系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為功能強(qiáng)大、高效、安全、易用的系統(tǒng)軟件，不斷滿足用戶的需求?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的歷史與發(fā)展并發(fā)性共享性虛擬性安全性操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)允許多個(gè)用戶和應(yīng)用程序共享計(jì)算機(jī)資源，包括CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)等。操作系統(tǒng)通過虛擬化技術(shù)將硬件資源映射到軟件層次，使得多個(gè)用戶和應(yīng)用程序可以同時(shí)使用同一資源而不會(huì)相互干擾。操作系統(tǒng)提供了一系列安全機(jī)制，包括用戶身份認(rèn)證、訪問權(quán)限控制、文件加密等，以保護(hù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。操作系統(tǒng)能夠同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)，這些任務(wù)可以是用戶程序、系統(tǒng)進(jìn)程或其他應(yīng)用程序等。進(jìn)程管理02進(jìn)程分類根據(jù)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)的行為特征，可將進(jìn)程分為三類：批處理進(jìn)程、交互式進(jìn)程和實(shí)時(shí)進(jìn)程。進(jìn)程狀態(tài)每個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)都有三種狀態(tài)：就緒狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和阻塞狀態(tài)。進(jìn)程定義進(jìn)程是計(jì)算機(jī)中的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程的概念與分類進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程的創(chuàng)建主要涉及兩個(gè)方面：為新進(jìn)程分配一個(gè)唯一的進(jìn)程標(biāo)識(shí)符以及為該進(jìn)程建立必要的信息結(jié)構(gòu)。進(jìn)程終止當(dāng)一個(gè)進(jìn)程完成了它的任務(wù)或出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采取必要的步驟終止該進(jìn)程。進(jìn)程的創(chuàng)建與終止VS進(jìn)程同步是操作系統(tǒng)為多個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)。進(jìn)程通信進(jìn)程通信是指不同進(jìn)程之間傳遞數(shù)據(jù)和信息。進(jìn)程同步進(jìn)程的同步與通信在多道程序系統(tǒng)中，一組進(jìn)程如果互相等待對(duì)方釋放資源，而造成永遠(yuǎn)等待的現(xiàn)象稱為死鎖。解決死鎖問題的方法有多種，包括預(yù)防、避免、檢測(cè)和恢復(fù)等。死鎖定義死鎖解決方法死鎖問題及解決方法內(nèi)存管理03也稱主存，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一種重要資源，用于存儲(chǔ)運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)存根據(jù)功能和特性，內(nèi)存可以分為隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。分類內(nèi)存的概念與分類分配策略操作系統(tǒng)使用不同的分配策略來管理內(nèi)存，包括連續(xù)分配、分頁(yè)和分段。回收策略當(dāng)程序或數(shù)據(jù)不再需要使用內(nèi)存時(shí)，操作系統(tǒng)需要確定何時(shí)回收內(nèi)存。常見的回收策略包括立即回收、按需回收和定期回收。內(nèi)存的分配與回收基本思想虛擬內(nèi)存是一種內(nèi)存管理技術(shù)，通過將內(nèi)存分為多個(gè)邏輯分區(qū)，使得程序可以使用比實(shí)際物理內(nèi)存更多的內(nèi)存。要點(diǎn)一要點(diǎn)二實(shí)現(xiàn)方式操作系統(tǒng)使用頁(yè)面置換算法來決定哪些內(nèi)存頁(yè)面需要被替換，從而使得新的頁(yè)面可以加載到物理內(nèi)存中。常見的頁(yè)面置換算法包括先進(jìn)先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和最佳（OPT）算法。虛擬內(nèi)存的概念與實(shí)現(xiàn)保護(hù)機(jī)制為了確保不同程序之間的數(shù)據(jù)和代碼不會(huì)相互干擾和破壞，操作系統(tǒng)提供了內(nèi)存保護(hù)機(jī)制。這些機(jī)制包括只讀保護(hù)、寫保護(hù)和執(zhí)行保護(hù)。硬件支持為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要硬件的支持，如特權(quán)級(jí)指令和內(nèi)存保護(hù)單元（MPU）。內(nèi)存保護(hù)機(jī)制文件系統(tǒng)04文件系統(tǒng)的概念文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)的軟件架構(gòu)。它提供了統(tǒng)一的接口，使得用戶可以方便地創(chuàng)建、讀取、修改和刪除文件。文件系統(tǒng)通常由文件、目錄和相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成。文件系統(tǒng)的分類根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)和訪問方式的不同，文件系統(tǒng)可以分為磁盤文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)、分布式文件系統(tǒng)等。其中，磁盤文件系統(tǒng)是最常見的一種，如FAT32、NTFS等。文件系統(tǒng)的概念與分類在文件系統(tǒng)中創(chuàng)建文件，通常需要使用操作系統(tǒng)提供的文件創(chuàng)建函數(shù)或命令。在命令行界面中，可以使用“create”或“new”命令來創(chuàng)建一個(gè)新文件。在圖形界面中，可以通過右鍵點(diǎn)擊文件夾并選擇“新建”來創(chuàng)建文件。文件的創(chuàng)建要訪問文件，首先需要打開該文件。打開文件的方式取決于使用的應(yīng)用程序和文件類型。例如，在文本編輯器中打開一個(gè)文本文件，需要在編輯器中選擇“打開”命令，然后選擇要打開的文件。打開文件后，可以對(duì)其進(jìn)行讀取、寫入等操作。文件的訪問文件的創(chuàng)建與訪問文件的備份備份文件是為了防止數(shù)據(jù)丟失或損壞。備份的方式有多種，如全盤備份、增量備份、差異備份等。全盤備份是將整個(gè)文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)盤進(jìn)行復(fù)制備份，而增量備份和差異備份則只備份自上次備份以來發(fā)生變化的文件。文件的恢復(fù)當(dāng)文件丟失或損壞時(shí)，可以通過備份來恢復(fù)數(shù)據(jù)?；謴?fù)的方式取決于備份的類型。如果使用全盤備份進(jìn)行恢復(fù)，可以直接將備份文件復(fù)制回原位置；如果是增量備份或差異備份，則需要根據(jù)備份記錄逐步恢復(fù)。文件的備份與恢復(fù)VS文件系統(tǒng)的安全性包括對(duì)文件的訪問控制、權(quán)限管理和加密等措施。常見的訪問控制機(jī)制包括用戶身份驗(yàn)證、訪問權(quán)限檢查等。權(quán)限管理可以控制不同用戶對(duì)文件的讀寫操作，而加密可以防止數(shù)據(jù)被非法獲取或篡改。常見的權(quán)限管理包括讀、寫、執(zhí)行等權(quán)限。例如，管理員可以設(shè)置某個(gè)文件的權(quán)限為只讀，以防止其他用戶修改該文件。加密技術(shù)包括對(duì)稱加密和公鑰加密等。例如，使用對(duì)稱加密技術(shù)可以將文件內(nèi)容加密成密文，只有持有解密密鑰的用戶才能解密查看文件內(nèi)容。文件系統(tǒng)的安全性設(shè)備管理05負(fù)責(zé)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各類設(shè)備進(jìn)行管理的子系統(tǒng)。硬件設(shè)備、軟件設(shè)備。在硬件設(shè)備中，根據(jù)信息交換單位可以分為塊設(shè)備和字符設(shè)備；在軟件設(shè)備中，可以分為虛擬設(shè)備和邏輯設(shè)備。設(shè)備管理分類設(shè)備管理的概念與分類程序控制方式該方式是指由CPU直接控制輸入/輸出設(shè)備的操作。該方式是指由輸入/輸出設(shè)備控制中斷控制器向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，再由CPU響應(yīng)中斷并完成輸入/輸出操作。該方式是指數(shù)據(jù)在主存與輸入/輸出設(shè)備之間的傳輸是在DMA控制器的控制下完成的，CPU不直接參與數(shù)據(jù)傳輸。該方式是指由通道來控制輸入/輸出操作，通道是一種專門負(fù)責(zé)輸入/輸出工作的處理機(jī)。中斷控制方式DMA（直接內(nèi)存訪問）方式通道控制方式輸入輸出設(shè)備的控制方式中斷處理程序應(yīng)包括保存被中斷程序的現(xiàn)場(chǎng)、分析中斷原因、執(zhí)行相應(yīng)的處理程序、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并返回?cái)帱c(diǎn)。中斷處理機(jī)制中斷向量表是存放所有中斷服務(wù)程序入口地址的一張表。每個(gè)中斷都有一個(gè)相應(yīng)的中斷向量，通過向量表可以查找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷向量表當(dāng)多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，要按照一定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。中斷優(yōu)先級(jí)高的中斷先被處理，中斷優(yōu)先級(jí)低的中斷后被處理。中斷優(yōu)先級(jí)中斷處理機(jī)制及實(shí)現(xiàn)緩沖技術(shù)：在輸入/輸出操作中，由于CPU和輸入/輸出設(shè)備的速度不匹配，可能會(huì)出現(xiàn)CPU等待輸入/輸出設(shè)備的情況。為了減少CPU等待時(shí)間，采用緩沖技術(shù)。緩沖技術(shù)的基本思想是在計(jì)算機(jī)中設(shè)置緩沖區(qū)，當(dāng)輸入/輸出設(shè)備沒有準(zhǔn)備好時(shí)，將數(shù)據(jù)暫存于緩沖區(qū)中；當(dāng)緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)時(shí)，就從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)傳送給CPU；如果緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)，則CPU等待并繼續(xù)從輸入/輸出設(shè)備讀取數(shù)據(jù)。緩沖技術(shù)及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用與用戶接口06系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給應(yīng)用程序的接口，使得應(yīng)用程序能夠與內(nèi)核進(jìn)行交互。通過系統(tǒng)調(diào)用，應(yīng)用程序能夠獲得操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，如文件操作、進(jìn)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信等。系統(tǒng)調(diào)用的概念系統(tǒng)調(diào)用可以分為低級(jí)調(diào)用和高級(jí)調(diào)用。低級(jí)調(diào)用如讀寫文件、創(chuàng)建進(jìn)程等，高級(jí)調(diào)用如創(chuàng)建文件、進(jìn)程管理等。系統(tǒng)調(diào)用的分類系統(tǒng)調(diào)用的概念與分類系統(tǒng)調(diào)用的入口系統(tǒng)調(diào)用的入口是系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用號(hào)來調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng)服務(wù)。系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行流程應(yīng)用程序發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用，操作系統(tǒng)接收到請(qǐng)求后，將控制權(quán)轉(zhuǎn)移到內(nèi)核態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成后返回結(jié)果給應(yīng)用程序。系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)機(jī)制用戶接口是操作系統(tǒng)提供給用戶的交互界面，包括命令行接口和圖形用戶接口。命令行接口如Unix的shell、Windows的cmd等，圖形用戶接口如Windows的圖形界面、Linu