操作系统考研课件

操作系统考研课件日期：目录CATALOGUE操作系统概述进程管理内存管理文件系统设备管理操作系统安全操作系统考研真题解析操作系统概述01定义与功能操作系统定义操作系统是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，是用户与计算机之间的桥梁和接口。操作系统功能操作系统特性处理器管理、存储管理、文件系统管理、设备管理和用户接口等五大功能。并发性、共享性、异步性和虚拟性等特性。123手工操作阶段用户直接操作计算机硬件，无操作系统。批处理阶段引入批处理操作系统，减少CPU空闲时间，提高计算机效率。分时与实时系统分时系统允许多个用户同时使用计算机，实时系统则强调计算机与外部设备的交互。现代操作系统包括个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统等。操作系统的发展历史操作系统的分类按用户界面分类命令行界面操作系统、图形用户界面操作系统、自然语言操作系统等。按架构分类单用户、单任务操作系统，单用户、多任务操作系统，多用户、多任务操作系统等。按应用领域分类桌面操作系统、服务器操作系统、嵌入式操作系统等。按开源与否分类开源操作系统如Linux，非开源操作系统如Windows等。进程管理02进程的概念与状态进程定义进程是程序的一次执行过程，具有动态性、并发性和独立性等特点。进程的状态进程有三种基本状态，分别是就绪状态、执行状态和阻塞状态。进程组成进程由程序、数据和进程控制块（PCB）三部分组成。进程与程序的区别程序是静态的，而进程是动态的；程序是永久的，而进程是暂时的。短作业优先（SJF）先来先服务（FCFS）选择估计执行时间最短的进程优先调度，有利于缩短平均等待时间，但可能导致长作业饥饿。按照进程到达的先后顺序进行调度，简单易行，但可能导致长作业等待时间过长。将所有进程按到达时间排成一个队列，每个进程分配一个时间片，时间片用完则放到队列末尾等待下一轮调度，兼顾了长作业和短作业的需求。为每个进程分配一个优先级，优先级高的进程优先调度，可以灵活调整进程执行顺序，但可能导致低优先级进程无穷等待。时间片轮转调度（RR）优先级调度算法进程调度算法进程同步与互斥同步机制进程同步是指多个进程之间按照一定的规则相互协调，避免出现竞态条件和保持数据一致性。互斥机制互斥是指多个进程在访问共享资源时，必须保证只有一个进程在访问，以防止资源冲突和数据不一致。信号量机制信号量是一种用于进程同步和互斥的机制，包括整型信号量、记录型信号量和AND型信号量等。管程机制管程是一种并发编程的同步机制，它将共享资源和对资源操作的代码封装在一起，通过条件变量和管程内的操作来实现同步和互斥。内存管理03内存回收机制显式回收、隐式回收、垃圾回收等。分配器与分配算法常见的内存分配器，如ptmalloc、tcmalloc等；分配算法，如首次适应算法、最佳适应算法、最差适应算法等。内存泄漏与内存溢出内存泄漏的原因与解决方法，内存溢出的预防与处理。内存分配策略静态分配、动态分配、按需分配等。内存分配与回收分页与分段技术分页与分段的概念分页是将内存划分为固定大小的页，分段是将内存划分为大小不等的段。页表与段表页表记录页与物理帧的映射关系，段表记录段的起始地址和长度。地址转换逻辑地址到物理地址的转换过程，包括页内偏移量的计算。碎片化问题内部碎片和外部碎片的产生原因及解决方法。虚拟内存管理虚拟内存的概念通过映射机制将逻辑地址空间映射到物理内存空间，实现内存的灵活管理。02040301页面置换算法FIFO、LRU、OPT等算法的原理及实现。虚拟内存的实现技术需求分页、请求调页、页置换等。虚拟内存的性能优化包括降低缺页率、提高页置换效率等方面的优化措施。文件系统04文件是存储在某种存储介质上的一组相关信息的集合，可以是程序、数据或设备。文件具有名称、类型、大小、创建时间、修改时间等属性。文件可以分为顺序文件、索引文件、索引顺序文件等多种结构。文件目录是文件系统的基本结构，它记录了文件的位置、属性和存取信息。文件的概念与结构文件定义文件属性文件结构文件目录01020304文件系统通过分区、文件分配表、块/扇区管理等方式管理存储空间。文件系统的实现文件存储空间管理文件系统通过权限控制、加密、备份等方式保护文件的安全和完整性。文件保护文件系统提供了文件的创建、删除、读写、复制、移动等操作接口。文件操作文件系统包括FAT、NTFS、EXT、UFS等多种类型，每种类型都有其特点和适用场景。文件系统类型文件系统的性能优化磁盘调度通过合理的磁盘调度算法，如FCFS、SSTF、SCAN等，优化磁盘I/O性能。文件缓存利用内存中的文件缓存，减少磁盘I/O次数，提高文件访问速度。磁盘碎片整理定期进行磁盘碎片整理，优化文件存储结构，提高磁盘读写性能。并行I/O技术利用多磁盘并行I/O技术，提高文件的读写速度和吞吐量。设备管理05字符设备以字符为单位进行输入和输出的设备，如打印机、终端、键盘等。块设备以数据块为单位进行输入和输出的设备，如硬盘、U盘、CD-ROM等。网络设备负责数据传输和网络通信的设备，如网卡、路由器、交换机等。设备特性包括设备号、设备类型、缓冲区大小、设备状态等。设备的分类与特性作为设备和操作系统之间的桥梁，使操作系统能够识别并控制设备。驱动程序的作用需要根据设备的硬件特性和操作系统的需求进行定制开发，保证设备的正常工作。驱动程序的开发通常由一组函数和数据结构组成，包括设备初始化、设备打开、设备关闭、设备读写等。驱动程序的组成通过设备管理器或安装程序进行安装，需要保证驱动程序的版本与操作系统和设备兼容。驱动程序的安装设备驱动程序设备管理策略设备分配策略针对多个进程对同一设备的需求，采取合理的分配策略，如独占设备、共享设备、虚拟设备等。设备安全策略采取安全措施保护设备不被未经授权的用户访问或破坏，如设备的权限控制、数据加密等。缓冲区管理策略通过设置缓冲区来匹配设备和处理器之间的速度差异，提高设备的利用率和系统的整体性能。故障管理策略针对设备可能出现的故障或错误，制定相应的处理措施和恢复策略，以保障系统的稳定性和可靠性。操作系统安全06通过监控系统的活动和用户行为，检测并响应恶意入侵。入侵检测记录和审查系统操作，确保操作合法、合规。安全审计01020304采用数据加密技术，保护数据的机密性、完整性和可用性。加密机制及时识别、评估和修复系统漏洞，减少潜在的安全风险。漏洞管理安全机制与策略用户对自己的文件和资源拥有完全的控制权。自主访问控制访问控制与权限管理通过安全策略限制用户对资源和文件的访问权限。强制访问控制根据用户角色分配权限，简化权限管理。角色基访问控制仅给用户分配其工作所需的最小权限，降低安全风险。最小权限原则操作系统安全案例分析案例一某系统因弱口令被攻破，导致敏感数据泄露。案例二某系统被植入恶意软件，导致系统崩溃和数据损坏。案例三某系统因未及时更新补丁，被黑客利用漏洞攻击。案例四某系统通过安全策略与入侵检测成功防御了网络攻击。操作系统考研真题解析07进程与线程解释进程和线程的概念，分析它们之间的区别与联系。进程状态转换描述进程状态转换的过程，包括就绪、运行、阻塞等状态之间的转换。进程同步与互斥探讨进程同步与互斥的概念、实现方法以及在实际问题中的应用。进程调度分析各种进程调度算法的原理、优缺点及适用场景。进程管理真题解析阐述内存分配与回收的原理，包括静态分配、动态分配等。解释虚拟内存的概念，分析其在实际应用中的意义及实现方法。比较各种页面置换算法的性能，探讨其在实际系统中的应用。介绍内存保护的方法，包括地址空间、内存访问权限等。内存管理真题解析内存分配与回收虚拟内存页面置换算法内存保护文件系统真题解析文件与目录结构描述文件系统的层次结构，包括文件、目录、文件系统等概念。文件操作与文件访问探讨文件的创建、删除、读写等操作，以及文件访问的权限控制。文件系统的可靠性分析文件系统的可靠性、一致性和恢复机制，包括备份、恢复等。磁盘结构与管理介