计算机操作系统知识点总结

计算机操作系统知识点总结目录CONTENTS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与交互性支持系统安全性与保护机制01操作系统概述CHAPTER定义操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、合理组织计算机工作流程以及方便用户使用的程序的集合。功能操作系统具有处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口五大基本功能。这些功能使得计算机能够高效、安全、稳定地运行，并为用户提供友好的使用界面。定义与功能操作系统经历了从手工操作到批处理、分时、实时、网络和多媒体等多个发展阶段。随着计算机技术的不断进步，操作系统的功能和性能也在不断提升。发展历程根据运行环境和使用方式的不同，操作系统可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。分类发展历程及分类整体式结构：这是最简单的操作系统结构，整个系统由一个或多个进程组成，每个进程都包含了完整的操作系统功能。这种结构的优点是简单明了，但缺点是缺乏灵活性和可扩展性。层次式结构：层次式结构将操作系统划分为若干个层次，每个层次都建立在较低层次的基础上，并向上提供服务。这种结构的优点是提高了系统的可维护性和可扩展性，但缺点是增加了系统设计的复杂性和开发难度。微内核结构：微内核结构是一种新型的操作系统结构，它将操作系统的核心功能（如进程管理、内存管理等）保留在内核中，而将其他非核心功能（如文件系统、设备驱动等）移出内核，以用户态进程的形式实现。这种结构的优点是提高了系统的可靠性和安全性，同时降低了系统设计的复杂性和开发难度，但缺点是增加了系统运行的开销和响应时间。操作系统结构02进程管理CHAPTER进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，是程序的执行过程。进程定义进程状态状态转换进程在执行过程中会呈现不同的状态，如就绪、运行、阻塞等。进程在执行过程中会在不同状态之间进行转换，如就绪到运行、运行到阻塞、阻塞到就绪等。030201进程概念及状态转换按照进程到达的先后顺序进行调度，先到达的进程先执行。先来先服务（FCFS）根据进程的执行时间进行调度，执行时间短的进程优先执行。短作业优先（SJF）根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先执行。优先级调度将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程分配一个时间片，轮流执行。时间片轮转（RR）进程调度算法进程同步与通信机制通过信号量及PV操作实现进程间的同步与互斥。通过消息队列或信箱等方式实现进程间的通信。通过共享内存区域实现进程间的数据共享和通信。通过管道实现进程间的单向数据流通信。信号量机制消息传递机制共享内存机制管道通信机制03内存管理CHAPTER程序在编译或链接时确定内存需求，系统一次性分配所需内存空间，程序执行期间不再改变。静态分配程序在运行时根据需要申请或释放内存空间，系统根据请求进行内存空间的分配与回收。动态分配频繁的动态内存分配与释放可能导致内存碎片问题，降低内存利用率。内存碎片内存空间分配与回收

虚拟内存技术虚拟内存概念通过软硬件技术将物理内存抽象为虚拟内存，提供比实际物理内存更大的地址空间。请求分页将程序的逻辑地址空间划分为大小相等的页面，按需将页面调入或调出内存。页面置换算法当内存空间不足时，选择适当的页面进行置换，常见的算法有先进先出、最近最少使用等。设置基址寄存器和限长寄存器，确保程序访问的内存地址在合法范围内。界限寄存器将程序的逻辑地址空间划分为多个段，每个段有自己的基址和限长，实现不同程序之间的内存隔离。分段保护对内存的访问权限进行控制，如只读、读写等，防止程序对非法内存的访问。访问权限控制内存保护机制04文件系统CHAPTER文件是计算机中存储数据的基本单位，通常是一组相关数据的集合，可以包含文本、图像、音频、视频等各种类型的数据。文件概念根据文件内容和格式的不同，文件可以分为文本文件、二进制文件、图像文件、音频文件、视频文件等多种类型。文件类型文件概念及类型文件的逻辑结构是指用户从逻辑上看到的文件组织形式，包括流式文件和记录式文件两种。流式文件以字节为单位进行组织，而记录式文件则以记录为单位进行组织。逻辑结构文件的物理结构是指文件在存储设备上的存放方式，包括连续存放、链接存放和索引存放三种方式。连续存放方式将文件数据连续存放在磁盘上，链接存放方式将文件数据分散存放在磁盘上并通过指针链接起来，索引存放方式则通过建立索引表来管理文件的存放位置。物理结构文件组织结构文件操作操作系统提供了一系列的文件操作功能，如创建文件、打开文件、读/写文件、关闭文件和删除文件等。这些操作可以通过系统调用或命令方式实现。文件保护机制为了保护文件的安全性和完整性，操作系统提供了多种文件保护机制，如访问控制列表（ACL）、加密文件系统（EFS）和备份恢复机制等。访问控制列表可以控制用户对文件的访问权限，加密文件系统可以对文件进行加密以防止未经授权的访问，备份恢复机制则可以定期备份文件并在需要时进行恢复。文件操作与保护机制05设备管理CHAPTER设备驱动程序作用设备驱动程序充当了操作系统和硬件设备之间的接口，使得操作系统能够正确地识别、配置和控制硬件设备。设备驱动程序概念设备驱动程序是操作系统中与硬件设备交互的软件模块，它提供了对设备的控制和管理功能。设备驱动程序结构设备驱动程序通常由设备控制块、中断处理程序、设备服务例程等部分组成，它们协同工作以实现设备的正常运行。设备驱动程序原理设备分配策略是指操作系统如何为进程分配所需的设备资源。常见的设备分配策略包括独占分配、共享分配和虚拟分配等。设备分配策略设备回收策略是指当进程不再需要设备资源时，操作系统如何回收这些资源。常见的设备回收策略包括立即回收、延迟回收和超时回收等。设备回收策略操作系统中通常采用一些算法来辅助设备分配与回收过程，如先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度等。设备分配与回收算法设备分配与回收策略设备独立性概念01设备独立性是指应用程序独立于具体使用的物理设备，即应用程序以逻辑设备名请求使用设备，而系统在实际执行时将其映射到相应的物理设备上。设备独立性优点02设备独立性提高了系统的可移植性和易维护性，使得应用程序无需关心底层硬件设备的具体细节，降低了开发和维护成本。设备独立性实现方式03操作系统通过引入逻辑设备名和物理设备名的映射机制来实现设备独立性。当应用程序请求使用某个逻辑设备时，系统会根据映射关系找到相应的物理设备进行实际操作。设备独立性原理06用户界面与交互性支持CHAPTER命令历史与编辑为了方便用户操作，系统通常会提供命令历史记录功能，并支持对命令进行编辑、修改等操作。命令帮助与文档系统需要提供命令的帮助信息和文档，以便用户可以了解命令的详细信息和使用方法。命令行解析操作系统需要能够解析用户输入的命令，包括命令名称、参数等，并将其转化为系统可以执行的指令。命令行界面设计窗口管理图形用户界面通常采用窗口来展示不同的应用程序和任务，系统需要提供窗口管理功能，如打开、关闭、移动、缩放窗口等。事件处理图形用户界面中的用户操作，如鼠标点击、键盘输入等，都会被转化为事件进行处理。系统需要提供事件处理机制，以便应用程序可以响应用户的操作。图形绘制图形用户界面需要支持图形绘制功能，如绘制文本、图像、图形等。系统需要提供相应的图形库和API，以便应用程序可以使用这些功能。图形用户界面设计用户会话管理在多用户环境下，系统需要支持多个用户同时登录，并为每个用户创建独立的会话。系统需要管理这些会话，包括会话的创建、销毁、切换等。多个用户可能会同时访问共享资源，如文件、打印机等。系统需要提供并发控制机制，以确保资源的一致性和安全性。在多用户环境下，系统需要提供安全性与权限管理功能，以确保不同用户只能访问其被授权的资源。这包括用户身份验证、访问控制列表（ACL）等功能。并发控制安全性与权限管理多用户环境下的交互性支持07系统安全性与保护机制CHAPTER用户或用户进程对自身所创建的客体具有相应的访问权限，并可将其所拥有的权限的部分或全部授予其他用户。自主访问控制系统对访问主体和受控对象实行强制访问控制，系统事先给访问主体和受控对象分配不同的安全属性。强制访问控制根据用户在组织内的角色来分配资源访问权限，将权限与角色相关联，用户通过成为适当角色的成员而得到这些角色的权限。基于角色的访问控制访问控制策略对称加密采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密。非对称加密又称公钥加密，使用一对密钥来分别完成加密和解密操作，其中一个公开发布（公钥），另一个由用户自己秘密保存（私钥）。混合加密结合对称加密和非对称加密的优点，先用非对称加密技术加密对称密钥，再用对称加密技