汤小丹计算机操作系统官方通用课件第四版计算机操作系统 通用课件

汤小丹计算机操作系统官方通用课件第四版计算机操作系统通用课件CATALOGUE目录操作系统引论进程管理内存管理文件系统设备管理系统调用和用户接口操作系统引论01操作系统是一种控制计算机系统资源、管理计算机硬件和软件的系统程序，是用户和计算机硬件之间的接口。操作系统定义操作系统的作用是提高计算机系统的效率和可靠性，为用户提供方便、安全、可靠的工作环境。操作系统的作用操作系统具有进程管理、存储管理、文件管理、设备管理等功能，能够处理系统资源冲突、调度系统资源、保护系统安全等。操作系统的基本功能什么是操作系统操作系统的起源01操作系统的起源可以追溯到20世纪50年代，当时计算机主要用于科学计算，没有操作系统。随着计算机技术的发展，人们开始意识到需要一种系统来管理计算机资源。操作系统的演变02从20世纪50年代到60年代，出现了批处理操作系统和分时操作系统。70年代以后，随着微处理器和微型计算机的发展，出现了个人计算机操作系统和嵌入式操作系统。现代操作系统的特点03现代操作系统具有高效性、可靠性和安全性等特点，能够处理多任务、支持并发操作、虚拟化资源等。操作系统的历史和发展进程管理存储管理文件管理设备管理操作系统的基本概念和特征存储管理的主要任务是管理计算机的内存资源，包括内存分配、内存保护、内存扩充等。文件管理主要是对计算机文件进行管理，包括文件的存储、检索、修改等。设备管理主要是对计算机设备进行管理，包括设备的分配、使用、维护等。进程是计算机中的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。进程管理02123程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。进程独立性、并发性、异步性、结构特征。进程的特征就绪状态、等待状态、运行状态、结束状态。进程的状态进程的基本概念调用系统调用，创建新进程。进程的创建调用系统调用，结束进程。进程的终止进程的创建和终止通过信号量、互斥锁等机制实现进程间的同步。通过消息队列、管道等机制实现进程间的通信。进程的同步和通信进程通信进程同步死锁定义两个或以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象。避免死锁、检测并恢复死锁、预防死锁。按顺序申请资源、请求和持有、预先分配、静态重分配。检测死锁、停止进程、撤销进程、恢复进程。避免“请求和持有”、避免“不剥夺”。死锁的解决策略检测并恢复死锁的策略预防死锁的策略避免死锁的策略死锁问题及解决策略内存管理0301计算机中重要的硬件资源之一，用于存储运行中的程序和数据。内存02RAM、ROM、Cache等。内存种类03每个内存单元有一个唯一的地址，用于访问和操作内存中的数据。内存地址内存的基本概念内存分配程序运行时，操作系统会为程序分配一定的内存空间。内存管理操作系统负责管理和维护内存，包括内存的分配、释放和回收等。内存保护每个程序都有其独立的内存空间，不能互相访问，保证程序的稳定性和安全性。内存分配和管理通过将内存分为多个逻辑分区，实现了一种类似于硬盘的内存管理方式。虚拟内存页面置换算法页面调度当内存空间不足时，操作系统会将一些不常用的页面置换到硬盘上，以释放内存空间。当程序需要访问页面时，操作系统会根据一定的调度算法将页面加载到内存中。030201虚拟内存系统内存保护每个程序都有其独立的内存空间，不能互相访问，保证程序的稳定性和安全性。内存共享多个程序可以共享一些公共的内存区域，以实现数据交换和协作。内存锁定一些关键数据和代码可以被锁定在内存中，防止被其他程序修改或破坏。内存保护和共享030201文件系统04文件是计算机中存储信息的单位，由数据项、数据格式和数据结构组成。文件根据使用需求和存储内容，文件可分为文本文件、二进制文件、图像文件等。文件类型对文件的读写操作包括创建、读取、写入、删除等。文件操作文件的基本概念03文件系统的实现方式常见的文件系统实现方式包括FAT、NTFS、EXT等。01文件系统结构文件系统通常采用层次结构，包括根目录、一级目录、二级目录等。02文件系统的组织文件系统按照树形结构组织文件，方便查找和管理。文件系统的实现文件的权限管理通过设置文件的读、写、执行权限，保护文件不被非法访问。文件的共享通过共享机制，允许多个用户同时访问和使用同一文件。文件的备份与恢复为防止文件丢失或损坏，需定期备份文件，并掌握恢复方法。文件的保护和共享文件系统的可靠性为确保文件系统数据的完整性和安全性，需采取容错技术、备份技术等措施。文件系统的性能优化通过优化文件系统结构、缓存机制等手段，提高文件系统的读写速度和响应时间。文件系统的可靠性和性能优化设备管理05设备按功能分为输入设备、输出设备、外存储器、终端等。设备分类设备控制器负责管理设备的控制器，控制设备的操作。指计算机系统中用于输入、输出信息的物理装置。设备的基本概念输入输出系统负责实现输入输出操作的软件系统。设备驱动程序与特定设备控制器通信的软件程序。中间件提供设备独立性，实现应用程序与设备驱动程序之间的通信。输入输出系统的组成中断系统处理设备独立性和设备共享的关键技术，实现设备的并行操作。缓冲技术减少设备读写操作的时间差异，提高设备的利用率。中断系统和缓冲技术设备分配根据资源需求和系统策略，将系统中的设备分配给用户或应用程序。共享管理多个用户或应用程序共享设备资源的管理方式。设备分配和共享管理系统调用和用户接口06系统调用是操作系统提供给应用程序的接口，使得应用程序能够与内核进行交互。系统调用主要分为IO操作、文件系统、进程控制、进程通信、内存管理五类。系统调用对于提高系统性能和资源利用率、增强系统安全性和稳定性、简化应用程序开发和维护工作具有重要意义。010203系统调用的基本概念系统调用通过中断机制、异常机制或系统调用门实现。异常机制：当CPU执行指令时发生异常，CPU保存现场并跳转到异常处理程序执行。系统调用门：在用户程序中通过系统调用门来调用内核服务，用户程序通过参数传递给内核，内核执行完后返回结果给用户程序。中断机制：当硬件设备或软件事件发生时，中断控制器将中断请求发送给CPU，CPU停止当前执行的程序，保存现场并跳转到中断处理程序执行。系统调用的实现机制用户接口的设计和实现01用户接口包括命令行接口和图形用户界面。02命令行接口通过shell程序实现，shell是一个解释器，能够解释用户输入的命令并执行。03GUI通过图形元素和事件来实现，用户通过鼠标、键盘等输入设备与系统交互。GUI和命令行接口各有