《os系统的组成》课件

操作系统的组成操作系统是现代计算机系统的重要组成部分，负责管理系统资源，并为应用程序提供运行环境。什么是操作系统11.管理资源操作系统是计算机系统的核心，负责管理硬件资源，包括CPU、内存、存储器和外设。22.提供接口操作系统为应用程序提供统一的接口，屏蔽硬件差异，简化应用程序开发。33.管理进程操作系统负责创建、调度和管理进程，确保多个进程能够共享资源，并高效地执行任务。44.保护系统操作系统保护系统资源不被非法访问，防止恶意程序破坏系统，确保系统安全稳定运行。操作系统的功能管理系统资源包括CPU、内存、外设等，确保高效利用，防止资源冲突。提供用户接口方便用户与计算机系统交互，例如图形界面、命令行界面。保证系统安全防止恶意软件攻击、数据丢失，保护系统资源和用户数据。管理程序运行加载程序、分配内存、执行程序，并协调不同程序之间的运行。操作系统的分类批处理操作系统批处理操作系统将作业以批量的形式提交，系统按顺序执行作业，提高了计算机资源利用率，降低了运行成本。分时操作系统分时操作系统将CPU时间分配给多个用户，每个用户都能与计算机交互，提高了系统交互性。实时操作系统实时操作系统对事件的响应时间有严格要求，主要用于工业控制、航空航天等领域。网络操作系统网络操作系统支持计算机之间进行通信，实现资源共享，方便用户进行数据交换，提高了工作效率。操作系统的基本结构1内核操作系统核心，负责管理系统资源2系统调用接口用户程序与内核交互的桥梁3系统程序提供系统级服务，如文件系统、网络管理4用户程序运行在操作系统之上，完成用户任务操作系统内核是核心组件，负责管理所有系统资源，如内存、CPU、设备等。系统调用接口为用户程序提供了与内核交互的机制，以便访问系统资源。系统程序提供更高级别的服务，例如文件系统和网络管理。用户程序是在操作系统上运行的应用程序，负责完成用户任务。进程管理进程管理概述进程管理是操作系统核心组件之一。负责创建、调度、同步和终止进程。进程管理确保系统高效利用CPU和其他资源。进程的定义及状态进程定义进程是操作系统分配资源的基本单位。它是一个正在执行的程序，包含程序代码、数据和系统资源等内容。进程状态就绪状态：等待分配CPU资源运行状态：正在执行阻塞状态：等待事件完成创建状态：创建进程终止状态：进程结束进程调度算法先到先服务(FCFS)最早提交的进程首先获得处理器，简单易行。优先级调度(Priority)根据进程优先级分配处理器，高优先级进程优先运行。时间片轮转(RoundRobin)每个进程轮流获得处理器时间片，适合多用户系统。最短作业优先(SJF)选择预计运行时间最短的进程优先运行，提高系统吞吐量。线程管理线程定义线程是进程中的一个执行单元，可以独立运行。线程共享进程的地址空间和资源。线程优点提高程序效率，允许多个任务并发执行。降低程序复杂度，简化程序设计和调试。内存管理11.分配内存操作系统负责分配和管理内存资源，为不同的进程分配适当的内存空间。22.内存保护内存保护机制可以防止进程访问其他进程的内存空间，确保系统安全性和稳定性。33.内存共享操作系统允许进程之间共享内存，提升效率并简化进程间通信。44.内存回收当进程结束或不再需要内存空间时，操作系统会回收分配给它的内存。虚拟内存技术虚拟内存虚拟内存技术将主存与辅助存储器结合，为程序提供更大的地址空间。它允许程序使用比物理内存更大的内存空间。分页分页是将逻辑地址空间分成固定大小的页面，物理内存也分成相同大小的页框，页面和页框一一对应，实现地址转换。页面置换当需要访问不在内存中的页面时，操作系统会将部分内存页面换出到磁盘，并将所需的页面调入内存。文件管理文件存储操作系统负责管理文件系统，存储数据。文件系统组织文件，为用户提供访问方式。文件访问用户通过操作系统接口访问文件，进行创建、删除、修改等操作。安全保护文件管理系统确保文件安全，防止未经授权的访问和修改。文件共享操作系统支持不同用户共享文件，提高资源利用率。文件系统的逻辑组成1目录结构文件系统采用树形结构，组织和管理文件和目录。每个目录都可以包含其他目录和文件。这种结构便于用户组织文件。2文件元数据每个文件都包含元数据，提供有关文件的信息，例如文件大小、创建时间、访问权限等。这些信息帮助用户管理文件。3存储分配文件系统负责分配磁盘空间，将文件存储在磁盘上。它采用不同的分配策略，例如连续分配、链接分配和索引分配。设备管理硬件资源管理操作系统管理着计算机系统中的硬件设备，例如CPU、内存、磁盘、网络接口等。设备驱动程序设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，它负责与硬件设备进行交互，并将硬件设备抽象成操作系统可以理解的形式。设备分配和共享操作系统负责管理和分配设备资源，确保多个应用程序和用户可以共享设备资源。设备安全和保护操作系统负责保护硬件设备免受恶意软件和非授权访问的攻击。设备驱动程序11.硬件接口驱动程序充当操作系统和硬件之间的桥梁，提供与硬件交互的接口。22.硬件抽象驱动程序隐藏硬件的复杂细节，为应用程序提供统一的接口。33.资源管理驱动程序管理硬件资源，如内存、中断和I/O端口。44.错误处理驱动程序负责处理硬件错误，并通知操作系统。输入/输出管理设备驱动程序输入/输出管理的核心是设备驱动程序，负责管理特定硬件设备。它提供了软件接口，允许应用程序与硬件交互，并管理数据传输。数据传输输入/输出管理负责将数据从应用程序传递到硬件设备，或从硬件设备传递到应用程序。它管理数据缓冲区，确保数据正确传输。中断处理当设备完成操作时，它会向操作系统发送中断信号。输入/输出管理负责处理这些中断，并通知应用程序设备已经完成操作。系统安全与保护安全威胁操作系统面临各种安全威胁，例如病毒、恶意软件、黑客攻击等。安全威胁可能导致数据丢失、系统崩溃或资源被盗。安全措施为了保障系统安全，操作系统采用各种安全措施，例如访问控制、身份验证、加密、防火墙等。安全措施旨在阻止未经授权的访问、保护数据机密性、完整性和可用性。用户界面交互方式用户通过界面与操作系统进行交互，包括鼠标、键盘等输入设备。图形元素界面包含图标、窗口、菜单等图形元素，帮助用户直观地操作系统。视觉呈现用户界面通过视觉呈现信息，提供用户友好的操作体验。图形用户界面图形用户界面(GUI)使用图形元素，例如图标、菜单和窗口，使操作更直观。用户通过鼠标、键盘等交互设备与界面进行交互，提高了操作系统的易用性。GUI广泛应用于现代计算机系统，例如Windows、macOS和Linux等。命令行界面命令行界面（CLI）是一种以文本方式与计算机交互的界面。用户通过输入命令来控制计算机执行特定操作。CLI通常用于系统管理员、程序员和其他需要进行高级操作的用户。它提供了一种更灵活、更强大的方式来与计算机交互。实时操作系统实时性实时操作系统需要在严格的时间约束内响应事件，并完成指定的任务。应用场景实时操作系统广泛应用于工业控制、航空航天、医疗设备等领域。关键特性实时操作系统通常具有高可靠性、低延迟、高效率等特点。内核设计实时操作系统内核通常采用微内核或混合内核设计，以满足实时性的需求。嵌入式操作系统资源受限嵌入式系统通常具有有限的内存、存储和处理能力。专用性它们通常设计用于执行特定任务，例如控制设备或管理网络。实时性它们必须对事件做出快速响应，以确保系统按预期运行。可靠性嵌入式系统必须高度可靠，以避免故障导致设备损坏或数据丢失。分布式操作系统分布式资源多个计算机系统组成一个整体，共享资源。高可用性提高系统可靠性，容错性，提供持续服务。并行处理将任务分解到多个节点，提高效率。并行操作系统定义并行操作系统允许在同一时间内执行多个任务，通过多处理器的使用，提升计算能力。优点可以提高系统吞吐量，缩短任务执行时间，并提升资源利用率。特点需要特殊的硬件架构，例如多处理器系统或集群，才能实现并行计算。应用广泛应用于高性能计算、科学模拟、大数据处理等领域。多处理器操作系统定义多处理器操作系统可以同时运行多个处理器，每个处理器都能够独立执行任务。多处理器系统可以显著提高系统性能，因为多个处理器可以并行处理多个任务。操作系统的发展历程早期操作系统20世纪50年代，出现批处理操作系统，提高了计算机利用率，但缺乏交互性。分时操作系统20世纪60年代，分时操作系统应运而生，实现了多用户共享资源，并提供了交互式界面。实时操作系统20世纪70年代，实时操作系统出现，专门用于控制工业设备或其他实时系统。个人计算机操作系统20世纪80年代，个人计算机操作系统兴起，如MS-DOS和Apple操作系统，为个人电脑用户提供了方便易用的界面。网络操作系统20世纪90年代，网络操作系统发展迅速，如WindowsNT和Unix，支持网络连接和资源共享。移动操作系统21世纪，移动操作系统成为主流，如Android和iOS，为智能手机和平板电脑提供了强大的功能和用户体验。未来操作系统的发展趋势云计算与云操作系统云计算将成为未来操作系统的重要发展方向之一，云操作系统将提供更加灵活、可扩展和按需付费的资源管理和服务模式。人工智能与操作系统人工智能技术将与操作系统深度融合，带来更智能、更个性化的用户体验，例如智能助手、自动任务管理和安全防护。虚拟现实与增强现实虚拟现实和增强现实技术将为操作系统带来全新的用户界面和交互方式，为用户提供更沉浸式和互动式的体验。物联网与操作系统物联网技术的普及将对操作系统提出新的挑战和机遇，例如如何管理海量设备、保证实时性和安全性。操作系统的选择硬件兼容性确保操作系统与硬件设备相兼容，例如CPU、内存、硬盘、显卡等。软件支持选择一个支持您需要的软件和应用程序的操作系统，例如办公软件、开发工具、游戏等。安全性和稳定性选择一个安全可靠的操作系统，可以有效地保护您的数据和隐私。用户界面选择一个拥有友好的用户界面，并符合您的使用习惯的操作系统。操作系统的应用案例11.桌面操作系统Windows、macOS、Linux等操作系统提供用户友好的界面和丰富的应用程序，广泛应用于个人电脑和笔记本电脑。22.移动操作系统Android、iOS