《操作系統(tǒng)原理ch》課件

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制作人：制作者PPT時間：2024年X月目錄第1章課程介紹第2章操作系統(tǒng)概述第3章進(jìn)程管理第4章內(nèi)存管理第5章文件系統(tǒng)第6章I/O系統(tǒng)第7章總結(jié)與展望01第1章課程介紹

理論基礎(chǔ)講授操作系統(tǒng)原理的基本概念和原理0103學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握操作系統(tǒng)的核心知識和基本原理02實踐意義強(qiáng)調(diào)操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的作用和重要性課程概述操作系統(tǒng)是指控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)硬件與軟件資源的計算機(jī)程序，是計算機(jī)系統(tǒng)的核心。操作系統(tǒng)的作用非常重要，它主要負(fù)責(zé)資源管理、任務(wù)調(diào)度、用戶接口、文件管理等功能。

課程目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握操作系統(tǒng)的核心知識和基本原理應(yīng)用能力能夠理解操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的實際應(yīng)用學(xué)習(xí)方法多做實驗，多進(jìn)行編程練習(xí)學(xué)習(xí)方法注重團(tuán)隊合作和討論內(nèi)存管理內(nèi)存分配策略虛擬內(nèi)存內(nèi)存保護(hù)內(nèi)存映射文件系統(tǒng)文件訪問方式文件存儲結(jié)構(gòu)文件操作系統(tǒng)文件共享與保護(hù)I/O系統(tǒng)設(shè)備管理緩沖管理設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備分配和回收課程內(nèi)容進(jìn)程管理進(jìn)程控制塊進(jìn)程調(diào)度算法進(jìn)程同步進(jìn)程通信學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)策略注重理論結(jié)合實踐學(xué)習(xí)策略多做實驗，多進(jìn)行編程練習(xí)學(xué)習(xí)策略注重團(tuán)隊合作和討論

02第2章操作系統(tǒng)概述

操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)是管理計算機(jī)硬件和軟件資源的系統(tǒng)軟件，具有資源管理、任務(wù)管理、用戶接口等功能。操作系統(tǒng)可以分為批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)等不同類型。

操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)核心功能模塊內(nèi)核結(jié)構(gòu)外圍模塊組織外層結(jié)構(gòu)

共享性共享資源避免沖突虛擬性創(chuàng)建虛擬環(huán)境提高系統(tǒng)效率異步性各部分獨(dú)立運(yùn)行避免互相干擾操作系統(tǒng)的特征并發(fā)性處理多個任務(wù)提高系統(tǒng)利用率操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程操作系統(tǒng)經(jīng)歷了從早期簡單的批處理系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)代復(fù)雜的多任務(wù)操作系統(tǒng)的過程。Windows、Linux、macOS等操作系統(tǒng)不斷創(chuàng)新，提升用戶體驗和系統(tǒng)性能。通過批量處理任務(wù)提高效率早期簡單的批處理系統(tǒng)0103

02支持同時執(zhí)行多個任務(wù)現(xiàn)代復(fù)雜的多任務(wù)操作系統(tǒng)03第三章進(jìn)程管理

進(jìn)程與線程進(jìn)程是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位，線程是進(jìn)程的執(zhí)行單位。進(jìn)程具有獨(dú)立的內(nèi)存空間和資源，而線程共享進(jìn)程的資源。進(jìn)程的概念和特征每個進(jìn)程有獨(dú)立的內(nèi)存空間獨(dú)立性進(jìn)程可以同時執(zhí)行多個線程并發(fā)性進(jìn)程間相互隔離，不影響彼此互斥性

線程的概念和與進(jìn)程的區(qū)別線程比進(jìn)程消耗更少的資源輕量級線程可以共享進(jìn)程的資源共享性線程調(diào)度更靈活調(diào)度性

進(jìn)程正在被創(chuàng)建創(chuàng)建0103進(jìn)程正在執(zhí)行運(yùn)行02進(jìn)程已經(jīng)準(zhǔn)備好運(yùn)行就緒進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換圖示進(jìn)程狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換可以通過狀態(tài)圖來表示，從創(chuàng)建到就緒，再到運(yùn)行，阻塞和終止，這些狀態(tài)變化是操作系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)程管理的基礎(chǔ)。短作業(yè)優(yōu)先執(zhí)行時間短的優(yōu)先調(diào)度時間片輪轉(zhuǎn)每個進(jìn)程執(zhí)行一個時間片后輪轉(zhuǎn)到下一個進(jìn)程

進(jìn)程調(diào)度先來先服務(wù)按照進(jìn)程到達(dá)的先后順序進(jìn)行調(diào)度進(jìn)程同步與通信進(jìn)程同步是指多個進(jìn)程之間按一定的順序執(zhí)行，進(jìn)程通信是指進(jìn)程之間傳遞消息和數(shù)據(jù)。共享內(nèi)存、消息傳遞、信號量等方式是常見的進(jìn)程通信機(jī)制。

04第四章內(nèi)存管理

內(nèi)存管理概述內(nèi)存管理在操作系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它負(fù)責(zé)管理計算機(jī)內(nèi)存資源的分配和釋放。內(nèi)存的分段和分頁機(jī)制是實現(xiàn)內(nèi)存管理的重要概念，通過這些機(jī)制，操作系統(tǒng)能夠更有效地管理內(nèi)存資源。

內(nèi)存分配方式一段連續(xù)的內(nèi)存空間分配給進(jìn)程連續(xù)內(nèi)存分配采用分頁和分段技術(shù)來分配內(nèi)存非連續(xù)內(nèi)存分配

虛擬內(nèi)存將硬盤空間用作臨時內(nèi)存，可提高內(nèi)存利用率虛擬內(nèi)存的定義和特點(diǎn)FIFO、LRU、OPT等算法用于管理虛擬內(nèi)存頁面置換算法

防止程序越界訪問或者修改關(guān)鍵數(shù)據(jù)內(nèi)存保護(hù)的作用0103

02操作系統(tǒng)通過頁表等方式實現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換過程總結(jié)內(nèi)存管理是操作系統(tǒng)中的重要組成部分，通過合理的內(nèi)存管理，可以提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，確保程序正常運(yùn)行。了解內(nèi)存分配方式、虛擬內(nèi)存以及內(nèi)存保護(hù)與地址轉(zhuǎn)換等內(nèi)容，有助于深入理解操作系統(tǒng)的內(nèi)部工作原理。05第5章文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)概念文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中管理文件的一種方法。它定義了文件的存儲結(jié)構(gòu)和訪問方法，以及文件的管理方式。文件系統(tǒng)的功能包括文件的創(chuàng)建、打開、讀寫、關(guān)閉等操作，同時也負(fù)責(zé)文件的組織和存儲結(jié)構(gòu)的管理。文件結(jié)構(gòu)的組織方式主要有順序結(jié)構(gòu)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和索引結(jié)構(gòu)等。

文件操作打開文件用于讀取或?qū)懭胛募?nèi)容文件的打開操作關(guān)閉文件釋放文件資源文件的關(guān)閉操作讀取或?qū)懭胛募?nèi)容文件的讀寫操作多個進(jìn)程共享文件訪問權(quán)限文件的共享負(fù)責(zé)文件的存儲和檢索磁盤管理0103

02負(fù)責(zé)組織和管理文件目錄管理文件系統(tǒng)日志日志記錄文件系統(tǒng)的操作記錄可以用于恢復(fù)文件系統(tǒng)狀態(tài)

文件系統(tǒng)性能優(yōu)化文件系統(tǒng)緩存緩存可以提高文件的訪問速度常見緩存算法有LRU、LFU等總結(jié)文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中重要的組成部分，它負(fù)責(zé)管理文件的存儲和訪問，通過文件操作和文件系統(tǒng)實現(xiàn)，使得用戶能夠方便地進(jìn)行文件的讀寫操作。性能優(yōu)化則是提高文件系統(tǒng)效率的關(guān)鍵，包括緩存和日志等方面的優(yōu)化。深入了解文件系統(tǒng)的原理有助于更好地理解操作系統(tǒng)的工作機(jī)制。06第6章I/O系統(tǒng)

I/O系統(tǒng)概述I/O系統(tǒng)是指輸入/輸出系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)計算機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。I/O設(shè)備根據(jù)其功能和使用特點(diǎn)可以分為不同類型，如鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。

I/O處理方式根據(jù)程序的指令進(jìn)行輸入/輸出操作程序控制I/O通過中斷機(jī)制實現(xiàn)輸入/輸出操作中斷驅(qū)動I/OI/O設(shè)備直接和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，減少CPU的干預(yù)直接存儲器存取(DMA)

設(shè)備中斷處理檢測和響應(yīng)設(shè)備的中斷信號中斷服務(wù)程序的執(zhí)行中斷處理完畢后恢復(fù)現(xiàn)場

設(shè)備管理設(shè)備初始化和分配初始化設(shè)備參數(shù)分配設(shè)備給應(yīng)用程序管理設(shè)備的并發(fā)訪問為I/O設(shè)備和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸提供緩沖區(qū)，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效率緩沖管理0103

02控制特定設(shè)備的工作，與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，實現(xiàn)硬件與軟件的接口設(shè)備驅(qū)動程序I/O設(shè)備的分類與特點(diǎn)以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如鍵盤、打印機(jī)字符設(shè)備以塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如硬盤、U盤塊設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如網(wǎng)卡、路由器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

總結(jié)I/O系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，通過不同的處理方式和管理機(jī)制，實現(xiàn)計算機(jī)與外部設(shè)備的有效交互，提高系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。07第七章總結(jié)與展望

課程回顧在這一章節(jié)中，我們回顧了操作系統(tǒng)的基本概念和原理，并總結(jié)了各章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容。通過對操作系統(tǒng)原理的學(xué)習(xí)，我們深入了解了計算機(jī)系統(tǒng)的核心組成部分，為后續(xù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)收獲在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)原理的過程中，我們不僅增長了專業(yè)知識，還培養(yǎng)了解決問題的能力和團(tuán)隊合作精神。通過不斷地探索和實踐，我們收獲了知識，成長了自我，為未來的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

展望未來1.