操作系統(tǒng)基礎(chǔ)clz第五版課件

操作系統(tǒng)基礎(chǔ)（CLZ第五版課件目錄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)備管理安全與保護(hù)01操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)硬件和應(yīng)用程序，提供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行環(huán)境?？偨Y(jié)詞操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)硬件和應(yīng)用程序，提供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行環(huán)境。它負(fù)責(zé)分配和回收硬件資源，管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和文件，提供用戶界面和系統(tǒng)服務(wù)等功能。詳細(xì)描述操作系統(tǒng)的定義與功能根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，操作系統(tǒng)可以分為多種類型，如根據(jù)運(yùn)行環(huán)境可以分為桌面操作系統(tǒng)和服務(wù)器操作系統(tǒng)，根據(jù)授權(quán)方式可以分為開源操作系統(tǒng)和閉源操作系統(tǒng)等?？偨Y(jié)詞根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，操作系統(tǒng)可以分為多種類型。根據(jù)運(yùn)行環(huán)境可以分為桌面操作系統(tǒng)和服務(wù)器操作系統(tǒng)，前者主要用于個(gè)人計(jì)算機(jī)，后者主要用于服務(wù)器集群。根據(jù)授權(quán)方式可以分為開源操作系統(tǒng)和閉源操作系統(tǒng)，前者允許用戶自由獲取源代碼進(jìn)行修改和分發(fā)，后者則由廠商控制源代碼的訪問和使用。詳細(xì)描述操作系統(tǒng)的分類總結(jié)詞：操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括內(nèi)核、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等部分，這些部分相互協(xié)作，共同完成操作系統(tǒng)的功能。詳細(xì)描述：操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括內(nèi)核、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等部分。內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)管理硬件資源、調(diào)度進(jìn)程和提供系統(tǒng)服務(wù)等功能。進(jìn)程管理負(fù)責(zé)進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和終止等操作。內(nèi)存管理負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配和回收等操作。文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和文件。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的接口，負(fù)責(zé)控制和管理硬件設(shè)備。這些部分相互協(xié)作，共同完成操作系統(tǒng)的功能，提供穩(wěn)定、高效的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)02進(jìn)程管理進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程定義進(jìn)程在執(zhí)行過程中會(huì)經(jīng)歷三種狀態(tài)，分別是運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)和阻塞態(tài)。進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程狀態(tài)之間可以通過進(jìn)程調(diào)度進(jìn)行轉(zhuǎn)換。狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程的概念與狀態(tài)通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建新進(jìn)程，通常包括拷貝父進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)，為新進(jìn)程分配資源等步驟。進(jìn)程創(chuàng)建當(dāng)進(jìn)程完成或異常結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)會(huì)回收其占用的資源，并執(zhí)行善后處理。進(jìn)程終止進(jìn)程的創(chuàng)建與終止通過信號(hào)量、條件變量等機(jī)制實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程之間的同步，保證并發(fā)執(zhí)行的正確性。進(jìn)程之間可以通過管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存等方式進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。進(jìn)程的同步與通信進(jìn)程通信進(jìn)程同步根據(jù)一定的調(diào)度算法（如先來先服務(wù)、最短作業(yè)優(yōu)先等）選擇一個(gè)或多個(gè)就緒態(tài)的進(jìn)程執(zhí)行。進(jìn)程調(diào)度死鎖預(yù)防死鎖檢測(cè)與解除通過避免產(chǎn)生死鎖的條件（如互斥、占有并等待等）來預(yù)防死鎖的發(fā)生。通過檢測(cè)到死鎖后采取措施（如回滾、超時(shí)等）解除死鎖，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。030201進(jìn)程的調(diào)度與死鎖03內(nèi)存管理內(nèi)存的分配操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將內(nèi)存分配給進(jìn)程，通常基于進(jìn)程的需求和優(yōu)先級(jí)。分配方式包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分配。內(nèi)存的回收當(dāng)進(jìn)程完成或被終止時(shí)，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)回收其占用的內(nèi)存，以便重新分配給其他進(jìn)程。內(nèi)存的分配與回收固定分區(qū)將內(nèi)存劃分為固定大小的分區(qū)，每個(gè)分區(qū)分配給一個(gè)進(jìn)程。優(yōu)點(diǎn)是簡單，但可能會(huì)導(dǎo)致某些分區(qū)浪費(fèi)。動(dòng)態(tài)分區(qū)根據(jù)進(jìn)程大小動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和調(diào)整分區(qū)大小?？梢蕴岣邇?nèi)存利用率，但管理復(fù)雜。內(nèi)存的分區(qū)管理將內(nèi)存劃分為固定大小的頁，同時(shí)將進(jìn)程劃分為頁。通過頁表進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換?；舅枷胩岣吡藘?nèi)存利用率，支持邏輯地址空間大于物理地址空間。優(yōu)點(diǎn)增加了頁表的管理開銷，可能導(dǎo)致頁面置換算法的性能問題。缺點(diǎn)內(nèi)存的頁式管理

內(nèi)存的段式管理基本思想將內(nèi)存劃分為多個(gè)段，每個(gè)段用于存儲(chǔ)特定類型的數(shù)據(jù)（如代碼、數(shù)據(jù)等）。每個(gè)進(jìn)程擁有自己的段表。優(yōu)點(diǎn)支持模塊化和分段，方便程序設(shè)計(jì)和保護(hù)。缺點(diǎn)增加了段表的管理開銷，可能導(dǎo)致內(nèi)存碎片化。04文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)通常采用樹形結(jié)構(gòu)，根目錄是最頂層的目錄，其他目錄作為根目錄的子目錄，文件和目錄都存儲(chǔ)在目錄中。文件系統(tǒng)定義文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)文件存儲(chǔ)和管理的軟件，它提供了一種組織和管理數(shù)據(jù)的方法。文件類型文件系統(tǒng)中的文件包括普通文件、目錄、鏈接、設(shè)備文件等類型，每種類型都有不同的用途和特性。文件系統(tǒng)的概念與結(jié)構(gòu)文件檢索文件檢索是從存儲(chǔ)介質(zhì)中讀取文件數(shù)據(jù)的過程，通過文件系統(tǒng)的索引和目錄結(jié)構(gòu)，可以快速定位和訪問文件。存儲(chǔ)介質(zhì)常見的存儲(chǔ)介質(zhì)包括硬盤、閃存、光盤等，每種介質(zhì)都有不同的特性和使用場(chǎng)景。文件存儲(chǔ)文件存儲(chǔ)是將數(shù)據(jù)持久化到存儲(chǔ)介質(zhì)的過程，操作系統(tǒng)通過文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)組織成文件并存儲(chǔ)在磁盤等存儲(chǔ)介質(zhì)中。文件的存儲(chǔ)與檢索123目錄結(jié)構(gòu)是指文件系統(tǒng)中文件的組織方式，它通過目錄和鏈接來實(shí)現(xiàn)文件的層次化管理。目錄結(jié)構(gòu)定義目錄操作包括創(chuàng)建、刪除、重命名、移動(dòng)等操作，這些操作可以通過文件系統(tǒng)的API或命令行工具進(jìn)行。目錄操作符號(hào)鏈接是一種特殊的鏈接，它指向另一個(gè)文件或目錄的路徑，通過符號(hào)鏈接可以實(shí)現(xiàn)文件的靈活訪問。符號(hào)鏈接文件的目錄結(jié)構(gòu)文件共享是指多個(gè)用戶或進(jìn)程可以同時(shí)訪問同一個(gè)文件，操作系統(tǒng)通過文件系統(tǒng)的權(quán)限控制和訪問控制機(jī)制來實(shí)現(xiàn)文件的共享。文件共享文件保護(hù)是指通過權(quán)限控制和加密等方式保護(hù)文件的安全，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和修改。文件保護(hù)訪問控制機(jī)制是實(shí)現(xiàn)文件共享和保護(hù)的重要手段，它通過控制用戶或進(jìn)程對(duì)文件的訪問權(quán)限來保護(hù)文件的安全和完整性。訪問控制機(jī)制文件的共享與保護(hù)05設(shè)備管理設(shè)備管理的功能與任務(wù)分配設(shè)備根據(jù)進(jìn)程或作業(yè)的需求，為其分配所需的設(shè)備資源?？刂圃O(shè)備控制設(shè)備的啟動(dòng)、執(zhí)行和結(jié)束，確保設(shè)備按照正確的順序和方式工作。維護(hù)設(shè)備：記錄設(shè)備的狀態(tài)和使用情況，進(jìn)行必要的維護(hù)和修理，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。設(shè)備管理的功能與任務(wù)通過抽象和接口，使應(yīng)用程序與設(shè)備無關(guān)，簡化設(shè)備的使用和管理。實(shí)現(xiàn)設(shè)備的獨(dú)立性合理地調(diào)度設(shè)備和處理設(shè)備請(qǐng)求，減少設(shè)備的空閑時(shí)間，提高設(shè)備的利用率。提高設(shè)備的利用率允許多個(gè)進(jìn)程或作業(yè)共享相同的設(shè)備資源，提高設(shè)備的利用率和系統(tǒng)的吞吐量。提供設(shè)備共享設(shè)備管理的功能與任務(wù)塊設(shè)備和字符設(shè)備根據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸特性，塊設(shè)備以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳輸，如磁盤；字符設(shè)備以字符為單位進(jìn)行傳輸，如終端。串行設(shè)備和并行設(shè)備根據(jù)設(shè)備的物理連接方式，串行設(shè)備按順序一個(gè)接一個(gè)地處理請(qǐng)求，并行設(shè)備可以同時(shí)處理多個(gè)請(qǐng)求。設(shè)備的分類與I/O控制方式VS由用戶程序直接控制設(shè)備的啟動(dòng)、傳送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)等，實(shí)現(xiàn)簡單但效率低下。中斷控制方式通過中斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與CPU的交互，提高了設(shè)備的利用率和系統(tǒng)的響應(yīng)速度。程序直接控制方式設(shè)備的分類與I/O控制方式引入專門的通道硬件來管理設(shè)備的輸入輸出操作，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。通過抽象和接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與設(shè)備的無關(guān)性，方便了設(shè)備的管理和使用。通道控制方式設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備的分類與I/O控制方式在此添加您的文本17字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字緩沖技術(shù)緩沖的引入原因：解決CPU與設(shè)備速度不匹配的矛盾，減少對(duì)CPU的等待時(shí)間，提高系統(tǒng)的效率。緩沖的種類：輸入緩沖和輸出緩沖，單緩沖和雙緩沖等。虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備的概念：通過技術(shù)手段將一個(gè)物理設(shè)備變換成多個(gè)邏輯上的虛擬設(shè)備，使得每個(gè)邏輯設(shè)備能獨(dú)占物理設(shè)備的一部分。實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的手段：時(shí)分復(fù)用和空分復(fù)用。緩沖技術(shù)與虛擬設(shè)備設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序概念：是操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分，負(fù)責(zé)與硬件直接交互。功能：完成設(shè)備的初始化和釋放、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?。中斷處理中斷的概念：?dāng)設(shè)備完成一項(xiàng)I/O操作后，向CPU發(fā)出中斷信號(hào)，要求CPU暫停當(dāng)前任務(wù)，轉(zhuǎn)去處理該信號(hào)，處理完后再回到原來的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。中斷處理的過程：保存被中斷任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)信息、分析中斷原因、轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理、恢復(fù)被中斷任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)并返回到原來的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與中斷處理06安全與保護(hù)安全威脅操作系統(tǒng)面臨的安全威脅包括惡意軟件、網(wǎng)絡(luò)攻擊、物理威脅等，這些威脅可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露、系統(tǒng)崩潰或被完全控制。防護(hù)措施為了應(yīng)對(duì)這些威脅，需要采取一系列的防護(hù)措施，包括安裝防病毒軟件、定期更新補(bǔ)丁和升級(jí)、使用強(qiáng)密碼策略、限制物理訪問等。操作系統(tǒng)的安全威脅與防護(hù)措施訪問控制機(jī)制操作系統(tǒng)中的訪問控制機(jī)制用于確定哪些用戶或程序可以訪問哪些資源，以及他們可以執(zhí)行哪些操作。要點(diǎn)一要點(diǎn)二控制策略常見的訪問控制策略包括基于角色的訪問控制（RBAC）、基于屬性的訪問控制（ABAC）和強(qiáng)制訪問控制（MAC）。操作系統(tǒng)的訪問控制機(jī)制加密與解密技術(shù)加密和解密技術(shù)用于保護(hù)數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和篡改。加密算法常見的加密算法包括對(duì)稱加密（如AES、DES）和非對(duì)稱