操作系统学习课件

操作系统学习课件演讲人：日期：目录CONTENTS01操作系统概述02进程管理与调度03内存管理与分配策略04文件系统与存储设备管理05设备驱动程序与接口技术06网络操作系统与分布式系统简介01操作系统概述定义操作系统（OperatingSystem，OS）是一组主管并控制计算机操作、运用和运行硬件、软件资源和提供公共服务来组织用户交互的相互关联的系统软件程序。发展历程操作系统伴随着计算机技术本身及其应用的日益发展，而逐步地形成和完善起来，经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展过程。定义与发展历程处理器管理、存储管理、文件系统管理、设备管理和用户接口等。主要功能并发性、共享性、异步性和虚拟性。这些特点使得操作系统能够高效地管理计算机硬件和软件资源，提高资源利用率和系统性能。特点主要功能及特点常见类型桌面操作系统、手机操作系统、服务器操作系统和嵌入式操作系统等。分类方法按照操作系统的使用方式、功能特征、硬件环境等进行分类。常见类型与分类方法应用领域及重要性重要性操作系统是人与计算机之间的接口，也是计算机的灵魂。它不仅能够提高计算机硬件和软件资源的利用率，还能为用户提供一个稳定、安全、高效的工作环境。应用领域操作系统被广泛应用于计算机、手机、平板电脑、服务器等各种硬件设备中，是这些设备必不可少的基础软件。02进程管理与调度进程概念及属性进程定义进程是正在运行的程序实体，并包括其占用的系统资源，如CPU、内存、I/O设备等。进程属性每个进程都具有独立的执行环境、系统资源和运行状态，包括进程标识符、优先级、状态等。进程与程序的区别程序是静态的指令集合，而进程是程序在执行时的动态实例。进程组成进程由程序、数据和进程控制块（PCB）组成，其中PCB是进程存在的唯一标志。进程状态进程在其生命周期内会经历多种状态，如就绪、运行、阻塞等。进程状态转换通过进程控制原语（如创建、阻塞、唤醒、终止等）实现进程状态之间的转换。进程控制对进程的执行进行直接的控制和管理，包括进程的创建、终止、挂起、激活等操作。进程同步与互斥在多进程环境下，保证进程之间的同步和互斥，避免竞争条件和死锁现象。进程状态转换与控制调度策略与算法介绍调度类型01根据调度的时机、对象和目的，可分为作业调度、进程调度和线程调度等。调度策略02包括先来先服务、短作业优先、优先级调度、时间片轮转等。调度算法03介绍常见的调度算法，如FCFS（先来先服务）、SJF（短作业优先）、HRRN（高响应比优先）、RR（时间片轮转）等。调度性能评估04通过吞吐量、响应时间、周转时间等指标来评估调度算法的性能。死锁产生的条件互斥条件、不剥夺条件、环路等待条件。死锁解除当检测到死锁发生时，采取措施解除死锁，如资源抢占、进程回退、撤销进程等。死锁预防通过破坏死锁产生的条件之一来预防死锁的发生，如资源有序分配法、银行家算法等。死锁概念两个或多个进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种僵局，每个进程都持有部分资源并等待其他进程释放其所持有的资源。死锁问题及其解决方案03内存管理与分配策略内存地址与寻址内存中的每个存储单元都有唯一的地址，CPU通过地址访问内存中的数据。内存定义与功能内存是计算机中的重要部件，用于暂时存放CPU中的运算数据以及与硬盘等外部存储器交换的数据。内存的层次结构内存分为多个层次，包括寄存器、高速缓存、主存储器和外存储器，各层次之间的访问速度和容量有所不同。内存基本概念及层次结构单一连续分配将内存划分为若干个固定大小的分区，每个进程占用一个分区，可解决内部碎片问题，但分区大小难以确定，且会产生外部碎片。固定分区分配可变分区分配分区大小可动态调整，适应不同大小的进程需求，但内存分配和释放过程较复杂，且仍会产生外部碎片。每个进程占用一段连续的内存空间，简单、易于管理，但会产生内部碎片，降低内存利用率。连续分配方式及其优缺点分页存储管理将内存划分为大小相等的页框，进程的逻辑地址空间也划分为大小相等的页面，页面可装入任意页框中，实现了离散分离。离散分配方式（分页、分段）分段存储管理将进程的地址空间按照逻辑功能划分为多个段，每段有独立的内存空间，实现了地址的二维空间映射，便于程序的模块化设计。段页式存储管理结合分页和分段两种存储管理方式的优点，进程的地址空间先被划分为若干个段，每个段再划分为若干个页面，实现了段和页两级离散分配。虚拟内存概念虚拟内存实现原理通过软件技术将磁盘空间虚拟为内存使用，以扩大内存容量，提高内存利用率。基于局部性原理，将不常用的数据存放在磁盘上，当CPU需要时再将数据调入内存，实现了内存的动态扩充。虚拟内存技术原理及应用虚拟内存的应用在操作系统中广泛应用，如Windows操作系统的虚拟内存设置，可有效地提高系统的运行效率和稳定性。虚拟内存技术的优缺点优点包括提高内存利用率、支持多任务并发执行等；缺点包括增加系统开销、可能导致磁盘碎片等。04文件系统与存储设备管理文件系统组成要素及功能文件系统接口文件系统接口是用户与文件系统之间的桥梁，它提供了文件和目录的创建、删除、打开、关闭、读写等操作的功能。文件系统软件文件系统的数据结构文件系统软件负责实现文件系统的各种功能，包括文件存储空间的管理、文件的读写、文件目录的维护等。文件系统的数据结构是指文件在存储设备上的存储结构，包括文件分配表、目录结构、索引结构等。文件加密与解密文件加密是将文件进行编码，使得未经授权的用户无法读取文件内容，解密则是将加密后的文件解码为原始文件。文件读写操作文件读写操作是文件系统的基本操作之一，包括读文件和写文件两种操作，文件系统通过这两种操作实现数据的存储和读取。文件访问控制文件访问控制是指对文件的访问进行限制和保护，包括文件的读写权限、访问时间、访问方式等，以防止非法用户对文件的访问和破坏。文件操作与访问控制方法磁盘存储设备磁盘存储设备是一种广泛使用的存储设备，包括硬盘、软盘、硬盘驱动器等，其优点是存储容量大、价格相对较低，但读取速度较慢。01.存储设备类型及特性分析闪存存储设备闪存存储设备是一种基于半导体技术的存储设备，包括U盘、存储卡等，其优点是读取速度快、体积小、耗电低，但存储容量相对较小、价格较高。02.光盘存储设备光盘存储设备是一种利用激光技术读取信息的存储设备，包括CD、DVD等，其优点是存储容量大、价格适中，但写入速度较慢、易受划伤和污染。03.磁盘调度算法比较与优化先进先出算法（FIFO）先进先出算法是一种简单的磁盘调度算法，按照请求到达的先后顺序进行服务，但可能导致磁头在磁盘上大范围移动，增加寻道时间。最短寻道时间优先算法（SSTF）最短寻道时间优先算法选择离磁头最近的请求进行服务，可以缩短平均寻道时间，但可能导致磁头在磁盘上来回移动，增加磁盘的磨损。扫描算法（SCAN）扫描算法是将所有请求按照磁盘的某个方向进行排序，然后按照排序后的顺序进行服务，可以减少磁头的移动距离，但需要等待所有请求都被处理后才能返回。05设备驱动程序与接口技术驱动程序定义是一种可以使计算机和设备进行相互通信的特殊程序。设备驱动程序概念及作用驱动程序作用相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作。驱动程序重要性假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常工作。因此，驱动程序被比作“硬件的灵魂”、“硬件的主宰”、“硬件和系统之间的桥梁”等。指应用程序与具体设备无关，可以在不同设备上运行而无需修改。设备独立性概念通过驱动程序将设备操作抽象成标准接口，应用程序调用这些接口来实现设备操作。设备独立性实现方式提高了程序的可移植性和可维护性，降低了程序与设备的耦合度。设备独立性优点设备独立性原理实现方式010203接口技术分类及特点分析接口技术分类按照传输方式可分为并行接口和串行接口；按照连接方式可分为有线接口和无线接口等。并行接口特点传输速度快，但传输距离较短，需要较多的连接线。串行接口特点传输速度较慢，但传输距离较远，连接线较少，适用于远距离传输。有线接口与无线接口比较有线接口传输稳定，但布线麻烦；无线接口则方便灵活，但易受干扰。通用串行总线接口，支持热插拔，传输速度快，适用于鼠标、键盘、移动存储设备等。高清多媒体接口，传输音频、视频信号，适用于电视、显示器等多媒体设备。无线通信技术，实现设备间的短距离通信，适用于手机、耳机、音箱等移动设备。串行ATA接口，用于连接硬盘、光驱等存储设备，支持热插拔和更快的数据传输速度。典型接口技术应用案例USB接口HDMI接口蓝牙接口SATA接口06网络操作系统与分布式系统简介网络操作系统基本概念网络操作系统功能借由网络达到互相传递数据与各种消息，分为服务器（Server）及客户端（Client），服务器负责资源管理和流量统合，客户端负责接收并运用服务器传递的数据。网络操作系统的重要性作为网络的心脏和灵魂，影响着整个网络的运行效率和稳定性。网络操作系统定义一种能代替操作系统的软件程序，为网络计算机提供服务的特殊操作系统。030201分布式系统特点建立在网络之上的软件系统，具有高内聚性和透明性，可以充分利用资源，提高系统效率和可靠性。分布式系统挑战需要解决数据一致性、通信故障、网络安全等问题，设计和实现复杂度较高。分布式系统特点与挑战一种广泛使用的网络操作系统，具有强大的稳定性和安全性，支持多用户、多任务并发操作。UNIX/Linux基于Windows的网络操作系统，提供图形化界面和易用的管理工具，适用于中小企业网络环境。MicrosoftWindowsServer基于大规模分布式计算和存储的操作系统，具有高可扩展性和容错性，适用于大规模数据处理和应用场景。Google分布式系统典型网络/分布式操作系统剖