第三章计算机操作系统

第三章计算机操作系统计算机操作系统概述进程管理内存管理文件系统设备管理用户界面和交互性支持contents目录01计算机操作系统概述计算机操作系统是管理计算机硬件与软件资源的软件，是计算机系统的内核与基石。操作系统的主要功能包括资源管理、系统控制、人机交互等，以提供良好的运行环境给用户和应用程序。定义与功能功能定义发展历程从早期的批处理系统到多道程序系统，再到现代的微机操作系统，操作系统的形态和功能不断演进。分类根据运行环境和使用场景，操作系统可分为桌面操作系统、服务器操作系统、移动操作系统等。发展历程及分类操作系统与硬件紧密相关，负责管理和调度硬件资源，实现硬件的高效利用。硬件操作系统是软件运行的平台，为应用程序提供接口和服务，确保软件能够正常、高效地运行。软件操作系统与硬件/软件关系02进程管理进程概念01进程是程序的一次执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位。每个进程都有独立的内存空间和系统资源，相互之间互不干扰。进程状态02进程在执行过程中会经历多种状态，如运行态、就绪态、等待态和终止态。这些状态之间的转换是由操作系统的进程管理机制控制的。状态转换03进程状态转换包括由等待态到就绪态、由就绪态到运行态、由运行态到等待态等。这些转换取决于进程的优先级、资源可用性和系统调度策略。进程概念及状态转换最短作业优先（SJF）优先调度预计执行时间最短的进程，以充分利用系统资源，减少等待时间。多级反馈队列调度将进程按照优先级放入不同的队列，每个队列采用不同的调度算法，以提高系统吞吐量和响应时间。优先级调度根据进程优先级进行调度，优先级高的进程优先获得执行。先来先服务（FCFS）按照进程到达的先后顺序进行调度，优先级最高的是最先到达的进程。进程调度算法通过信号量来实现进程间的同步与互斥，防止发生竞争条件和死锁。信号量机制进程间通过发送和接收消息来进行通信，常见的消息传递方式包括共享内存、管道、消息队列和信号等。消息传递机制管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，常用于父子进程之间的通信。管道通信共享内存允许多个进程访问同一块内存空间，通过读写共享内存来实现进程间的通信和数据交换。共享内存通信进程同步与通信机制03内存管理ABCD内存空间分配方式固定分区将内存空间划分为若干个固定大小的分区，每个进程只能在其对应的分区中运行。段式将内存划分为若干个段，每个段大小可变，每个段用于存放程序的一个部分。动态分区根据进程大小动态分配内存空间，如分页系统。段页式结合了段式和分页系统的特点，先将内存划分为若干个段，每个段内再划分为若干个页。03实现方式通过将程序分段或分页，并使用内存和硬盘交换数据的方式实现。01原理通过将部分硬盘空间映射到内存中，实现内存空间的扩展，从而提高内存利用率。02应用支持大程序运行，提高多道程序并发执行效率，实现内存保护等。虚拟内存技术原理及应用访问权限控制通过设置不同的访问权限，限制进程对不同内存区域的读写操作。写时复制技术当多个进程共享同一内存区域时，采用写时复制技术，实现进程间的数据隔离。内存保护单元通过设置内存保护单元，对不同进程的内存区域进行隔离和保护。内存保护机制03020104文件系统总结词理解文件概念及类型划分是掌握文件系统的基础。详细描述文件是计算机中存储数据的单位，通常由程序或用户创建和使用。根据不同的划分标准，文件可分为不同类型，如文本文件、二进制文件、图像文件、音频文件等。不同类型的文件具有不同的格式和用途。文件概念及类型划分了解文件组织结构是理解文件系统如何管理文件的关键。总结词文件组织结构是指文件在存储介质上的存储方式和逻辑结构。常见的文件组织结构包括顺序存储和链式存储。顺序存储按照数据在磁盘上的物理位置依次存储，而链式存储通过指针链接不同位置的数据块来组织文件。详细描述文件组织结构总结词文件访问权限控制是保护文件系统安全的重要手段。详细描述为了保护文件的完整性和安全性，需要对文件的访问权限进行控制。常见的访问权限包括读、写、执行等。通过设置不同的访问权限，可以限制用户对文件的操作，从而避免未经授权的修改和删除。同时，访问权限控制还可以防止恶意软件对文件的破坏和窃取。文件访问权限控制05设备管理设备驱动程序原理及实现方法设备驱动程序是操作系统内核的一部分，负责与硬件设备进行通信和控制。它隐藏了设备的复杂实现细节，为应用程序提供了一个统一的接口，使得应用程序可以以抽象的方式使用设备。设备驱动程序原理设备驱动程序的实现需要编写特定的代码，以实现对设备的初始化和控制。这通常涉及到直接与硬件交互，因此需要深入了解硬件的工作原理。设备驱动程序通常用低级语言（如C或汇编语言）编写，以确保高效的执行和与硬件的紧密交互。设备驱动程序实现方法独占分配在这种策略下，每个设备只被一个进程使用。当进程使用完设备后，设备会被释放并可供其他进程使用。这种策略可以保证设备的充分利用，但可能导致设备的忙闲不均。共享分配在这种策略下，多个进程可以同时使用同一设备。这种策略可以提高设备的利用率，但需要采取一些措施来避免冲突和死锁。分时共享在这种策略下，多个进程可以交替使用同一设备。每个进程在一段时间内使用设备，然后释放给其他进程使用。这种策略可以平衡设备的利用率和设备的忙闲程度。设备分配策略VS设备独立性是指应用程序独立于具体使用的物理设备而编写和运行。这意味着应用程序在编写时不需要考虑具体的设备类型和特性，操作系统负责将应用程序的抽象设备请求转换为特定设备的实际操作。实现设备独立性的方法为了实现设备独立性，操作系统需要提供一组抽象设备接口，这些接口隐藏了具体设备的细节。应用程序通过这些接口与设备进行交互，而不需要了解设备的具体实现。此外，操作系统还需要实现设备驱动程序的管理功能，以便根据需要动态加载和卸载设备驱动程序。设备独立性原理设备独立性原理06用户界面和交互性支持简洁明了命令行界面应提供简单明了的命令，避免使用过于复杂的命令和参数。易学易用命令行界面应易于学习和使用，用户能够快速掌握基本操作。高效性命令行界面应提供高效的命令和操作，方便用户快速完成工作。可扩展性随着操作系统功能的增加，命令行界面应具备可扩展性，以适应新的功能需求。命令行界面设计原则图形用户界面使用图形元素，直观地展示操作系统的功能和资源，方便用户理解和操作。直观性图形用户界面提供丰富的交互方式，如鼠标点击、拖拽等，简化用户的操作步骤。易用性图形用户界面允许用户根据个人喜好和习惯进行定制，如调整窗口大小、位置和颜色等。可定制性图形用户界面能够支持多媒体元素，如图像、音频和视频等，提供更加丰富的用户体验。多媒体支持图形用户界面（GUI）特点分析并发性每个用户在使用系统时拥有独立的会话空间，互不干扰。独立性安全性可