操作系统与网络知识要点课件

操作系统与网络知识要点课件目录contents引言操作系统基本概念进程管理与协调内存管理与优化策略文件系统设计与实现目录contents网络基础知识要点局域网技术与应用场景分析广域网接入与传输技术探讨总结回顾与拓展延伸引言CATALOGUE01介绍操作系统与网络的基本概念和知识，帮助学生理解和掌握相关原理和技术。目的随着计算机技术的不断发展，操作系统和网络已成为计算机系统中不可或缺的组成部分。背景目的和背景本课程将涵盖操作系统和网络的基本概念、原理、技术及应用。通过课堂讲解、案例分析、实验等方式进行教学。课程概述方法内容掌握操作系统和网络的基本概念、原理和技术。知识目标能力目标素质目标能够运用所学知识解决实际问题，具备操作系统和网络的基本应用能力。培养学生的计算机系统思维、创新意识和实践能力。030201学习目标操作系统基本概念CATALOGUE02定义操作系统是计算机系统中的一种软件，用于管理和控制计算机硬件和软件资源，提供公共服务和应用程序接口，协调各种活动和任务，使得计算机系统能够高效、稳定地运行。功能资源管理、任务调度、系统安全、用户界面等。定义与功能批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、分布式操作系统等。发展历程按照用户界面分类，可分为命令行界面操作系统和图形界面操作系统；按照应用领域分类，可分为桌面操作系统、服务器操作系统、嵌入式操作系统等。分类发展历程及分类操作系统的核心部分，负责管理硬件资源、提供基本服务、实现任务调度等。内核负责管理和维护计算机系统中的文件和目录结构，提供文件的创建、读取、修改、删除等操作。文件系统用于管理和控制计算机系统中的各种设备，如打印机、鼠标、键盘等，使得这些设备能够与操作系统和应用程序进行交互。设备驱动程序核心组件与作用进程管理与协调CATALOGUE03进程是操作系统中进行资源分配的最小单位，它是程序的执行过程，拥有动态性、并发性、独立性和制约性。进程状态分为就绪、执行和阻塞三种。就绪状态指进程已分配到除CPU以外的所有必要资源，只要获得处理机便可立即执行；执行状态指进程已获得处理机，其程序正在处理机上执行；阻塞状态指正在执行的进程由于等待某个事件发生而无法继续执行时，便放弃处理机而处于阻塞状态。进程状态转换包括就绪→执行、执行→阻塞、阻塞→就绪三种情况。就绪→执行转换通常发生在调度后，执行→阻塞转换通常发生在等待I/O操作或等待某个事件发生时，阻塞→就绪转换通常发生在所等待的事件已发生时。进程概念进程状态状态转换进程概念及状态转换多个进程可以共享同一块内存空间，通过读写共享内存来实现进程间通信。共享内存具有通信速度快、效率高的优点，但需要保证同步与互斥。进程之间通过发送和接收消息来实现通信。消息传递可以分为直接通信方式和间接通信方式。直接通信方式中，发送进程直接把消息发送给目标进程；间接通信方式中，发送进程把消息发送到某个共享的数据结构（如消息队列）中，接收进程从该数据结构中取出消息。管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。管道分为匿名管道和命名管道两种。匿名管道是一种特殊的文件，只存在于内存中；命名管道是存在于文件系统中的一种特殊文件，可以在不相关的进程之间实现通信。共享内存消息传递管道通信进程间通信机制死锁概念：死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。死锁产生原因：死锁产生的原因包括资源竞争、进程间推进顺序非法等。当系统中存在多个进程，且它们都需要使用某些共享资源时，如果每个进程都持有部分资源并等待其他资源，则可能导致死锁。死锁解决方法：解决死锁问题的方法包括预防死锁、避免死锁、检测死锁和解除死锁四种。预防死锁是通过破坏产生死锁的四个必要条件之一来防止死锁的发生；避免死锁是在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免发生死锁；检测死锁是通过检测机构是否进入死锁状态来解除死锁；解除死锁是当检测到系统中已进入死锁状态时，将进程从死锁状态中解脱出来。010203死锁问题及解决方法内存管理与优化策略CATALOGUE04内存空间划分将内存划分为系统区、用户区，便于管理和使用。内存管理策略采用分段、分页等管理策略，实现内存的高效利用。内存空间划分与管理最优算法（OPT）根据未来访问序列进行置换，命中率最高但难以实现。先进先出算法（FIFO）按照页面进入内存的顺序进行置换，实现简单但命中率较低。最近未使用算法（LRU）根据页面最近访问时间进行置换，具有较高命中率。页面置换算法比较在内存不足时，将部分页面置换到外存，需要时再调入内存。请求分页系统根据页面置换算法，将最近未使用或未来不会使用的页面置换到外存。页面置换机制将虚拟地址映射到物理地址，实现虚拟内存与物理内存的隔离。内存映射技术虚拟内存技术实现原理文件系统设计与实现CATALOGUE05文件系统操作系统中负责管理和存取文件信息的软件机构，由文件管理软件和被管理的文件组成。文件存储在磁盘上的具有名称的一组相关信息的集合。文件系统的功能文件的存储、检索、更新、共享和保护。文件系统基本概念及组成文件系统的组织结构，用于实现文件的按名存取。目录结构所有文件都直接放在根目录下，不便于文件管理和保护。单级目录结构也称为树形目录结构，通过目录管理文件，便于文件分类和权限管理。多级目录结构采用相对路径和绝对路径访问文件，提高文件访问效率；实现文件共享和链接，节省存储空间。优化策略目录结构设计与优化策略连续分配01为每个文件分配一组连续的磁盘块，便于顺序访问，但容易产生外部碎片。链接分配02采取离散分配方式，每个文件分配不连续的磁盘块，通过链接指针将文件的所有磁盘块链接起来。解决了外部碎片问题，但访问效率较低，且容易产生空闲磁盘块。索引分配03为每个文件分配一个索引块，索引块中登记了文件所占用的所有磁盘块号。提高了访问效率，但需要额外的索引块空间。文件存储空间管理策略网络基础知识要点CATALOGUE06计算机网络定义计算机网络是由多个计算机和通信设备组成，通过传输介质互相连接，实现资源共享和信息交换的系统。计算机网络分类按照覆盖范围可分为局域网、城域网、广域网；按照拓扑结构可分为总线型、星型、环型、网状等。计算机网络定义与分类物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。OSI七层模型网络接口层、网络层、传输层、应用层。每层都规定了相应的协议和功能，实现了数据的传输和通信。TCP/IP四层模型网络协议层次结构模型VS双绞线、同轴电缆、光纤等，用于在网络中传输数据。网络设备集线器、交换机、路由器等，用于连接和管理网络。其中，集线器是早期使用的设备，现在已经被交换机逐渐替代。路由器则用于连接不同的网络，实现数据的转发和路由选择。传输介质常见传输介质和设备介绍局域网技术与应用场景分析CATALOGUE07包括网络硬件（如交换机、路由器、服务器等）和网络软件（如操作系统、协议栈等）两大部分。高传输速度、低延迟、高安全性、易于管理等。局域网构成要素局域网特点局域网构成要素及特点以太网技术原理采用CSMA/CD协议（带冲突检测的载波监听多路访问协议），实现数据的可靠传输。以太网优势高速传输、稳定性好、成本低廉、易于扩展等。以太网技术原理及优势无线局域网组建方案包括无线接入点（AP）的选择与配置、无线网络安全设置、无线网络优化等方面。要点一要点二无线局域网优势灵活性高、移动性强、组网方便等。具体方案可根据实际需求和场景进行选择和设计。无线局域网组建方案广域网接入与传输技术探讨CATALOGUE08通过租用电信运营商的专线资源实现接入，具有高带宽、低时延、高安全性等优点，但成本较高。专线接入采用多协议标签交换（MPLS）技术，实现不同地点之间VPN（虚拟专用网络）的连接，具有灵活性、可扩展性和安全性等特点。MPLSVPN接入通过公共互联网实现接入，成本较低，但带宽和时延可能受到影响，安全性也相对较低。互联网接入广域网接入方式选择TCP与UDP协议比较TCP（传输控制协议）具有可靠性、顺序性和流量控制等特点，适用于需要保证数据完整性的场景；UDP（用户数据报协议）具有无连接、简单高效的特点，适用于实时性要求较高的场景。TCP优化策略包括拥塞控制算法改进、传输层安全性增强以及与其他层协议的协同优化等，以提高TCP传输性能和安全性。UDP优化策略包括丢包重传机制设计、拥塞控制算法改进和传输层与应用层协同优化等，以提高UDP传输的可靠性和实时性。传输层协议比较与优化策略03物联网广域网讨论物联网场景下广域网的连接和管理技术，如NB-IoT、LoRa等低功耗广域网技术的应用与发展趋势。01云计算广域网介绍云计算场景下广域网的应用和优化策略，如跨地域容灾备份、云网融合等。02视频会议系统分析视频会议系统在广域网环境下的传输需求和挑战，探讨保证视频质量和实时性的优化策略。典型广域网应用案例分享总结回顾与拓展延伸CATALOGUE09操作系统的定义、功能、分类及常见操作系统介绍。关键知识点总结回顾操作系统概述进程的概念、状态及转换、调度算法、同步与通信机制等。进程管理内存的分配与回收、虚拟内存技术、页面置换算法等。内存管理文件系统的概念、目录结构、文件的存储与访问等。文