操作系统ppt课件完整版

分时操作系统
分时操作系统采用时间片轮转的方式处理 多个用户的请求，保证了每个用户都能得 到及时的响应。
网络操作系统
网络操作系统具有强大的网络管理功能， 支持多种网络协议和网络服务，使得计算 机网络更加高效、可靠、安全。
实时操作系统
实时操作系统能够在规定的时间内对外部 输入的信息做出处理，并控制所有实时设 备和实时任务协调一致地工作。
动态分区
根据作业的大小动态地建 立分区，使分区大小正好 适应作业的需要。
分区的分配与回收
采用一定的算法将空闲分 区分配给请求者，当作业 完成后将作业占用的分区 回收。
页式存储管理
01 02
基本思想
将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页，而物理内存划分为同样大 小的页框。程序加载时，可将任意一页放入内存中任意一个页框，实现 离散分配。
中断处理的概念
中断处理是指当设备发出中断请求时，CPU暂 停当前任务并转去处理中断请求的过程。
ABCD
设备驱动程序的功能
包括设备的初始化、设备的打开和关闭、设备的 读写以及设备的状态查询等。
中断处理的流程
包括中断请求的响应、中断服务程序的执行以及 中断返回等步骤。
06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
THANKS
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访问控制与安全策略
访问控制机制
操作系统通过用户认证、文件权限、访问控制列表（ACL）等机制 实现访问控制，防止未经授权的访问。
安全策略实施
操作系统应实施强制访问控制（MAC）、自主访问控制（DAC） 等安全策略，确保只有经过授权的用户才能访问敏感资源。
审计与监控
操作系统应具备审计和监控功能，记录用户的操作行为，以便事后分 析和追责。
文件的逻辑结构
文件的物理结构
用户观点，所看到的文件组织形式，是用 户可以直接处理的数据及其结构，它独立 于文件的物理特性，又称为文件组织。
系统观点，文件在存储设备上的存放方法 ，指逻辑文件在物理存储空间中的存放方 法和组织关系。
文件的逻辑结构分类
文件的物理结构分类
无结构文件（字符流文件）、有结构文件 （记录式文件）。
访问类型
读、写、执行、添加（写前创建）、 删除（写后删除）、列表清单（列出
文件名）。
文件保护
防止文件拥有者或其他用户破坏文件 内容。
访问控制
自主访问控制（基于用户身份进行访 问控制）、强制访问控制（基于安全 级别进行访问控制）。
05
设备管理
设备管理的概念与任务
设备管理的定义
01
设备管理是操作系统中负责控制和管理计算机系统中所有设备
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目录
• 操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件管理 • 设备管理 • 操作系统安全与保护
01
操作系统概述
操作系统的定义与功能
定义
操作系统是一种系统软件，它是计算 机上的一个关键组成部分。
功能
重要作用
操作系统能够有效地管理计算机的内 存、处理器、硬盘等硬件资源，支持 多任务处理，提高计算机系统的整体 性能。
中断控制方式
当设备准备好数据或需要 CPU服务时，通过中断请求 通知CPU，CPU再响应中断
并进行处理。
DMA控制方式
DMA控制器负责在设备和内 存之间直接进行数据交换，无
需CPU的干预。
通道控制方式
通道是一种具有特殊功能的处 理器，可以独立地执行一系列
I/O操作。
设备分配与回收
设备分配策略
根据设备的特性、系统的需求以及用户的请 求，制定合理的设备分配策略。
网络操作系统
随着网络技术的发展，网络操 作系统开始兴起，支持多台计 算机之间的资源共享和通信。
操作系统的分类与特点
批处理操作系统
批处理操作系统按照用户预先编写的作业 说明书自动执行作业，提高了计算机的自 动化程度。
分布式操作系统
分布式操作系统负责管理分布式系统中的 各种资源，协调各计算机节点之间的工作 ，提供统一的系统视图和使用界面。
04
文件管理
文件与文件系统的概念
文件
具有符号名、在逻辑上具 有完整意义的信息集合。
文件系统
操作系统中负责管理文件 的一组软件、被管理的文 件以及实施文件管理所需 的一些数据结构的总称。
文件系统的功能
能按名存取文件、支持文 件的保护、保密和共享、 支持文件的多种操作和使 用方便的用户接口。
文件的逻辑结构与物理结构
操作系统主要负责管理计算机硬件和 软件资源，为应用程序提供一个稳定 、统一的运行环境。
操作系统的历史与发展
手工操作阶段
早期的计算机没有操作系统， 用户需要直接操作计算机硬件
。
批处理系统
为了提高计算机的使用效率， 人们开始研究批处理系统，使 得多个作业可以依次自动执行 。
分时系统
分时系统的出现使得多个用户 可以同时共享计算机资源，提 高了计算机的交互性和实时性 。
顺序文件、链接文件、索引文件。
文件目录管理
文件目录
文件控制块的有序集合，用于文件检 索。
文件目录结构
单级目录结构、二级目录结构、多级 目录结构（树形目录结构）。
路径名
从根目录到该文件所经历的路径上各 符号名的序列。
当前目录
为了提高检索速度，文件系统向用户 提供了一个目前正在使用的工作目录 ，称为当前目录。
的一组程序和功能。
设备管理的任务
02
包括设备的分配和回收、设备的操作与控制、设备的状态监测
以及设备驱动程序的安装与卸载等。
设备管理的目标
03
确保设备的安全、高效和可靠使用，同时提高系统的整体性能
和稳定性。
I/O控制方式
01
02
03
04
程序直接控制方式
CPU直接通过I/O指令对设备 进行控制和数据交换。
恶意软件防范与检测
防范措施
操作系统应采取多种防范措施，如安装防病毒软件、及时更新补丁、限制用户权限等，降 低恶意软件的感染风险。
检测方法
操作系统应具备恶意软件检测功能，采用特征码检测、行为检测、启发式检测等多种方法 ，及时发现并处理恶意软件。
应急响应与恢复
操作系统应制定应急响应计划，指导用户在发现恶意软件感染后的处理流程，同时提供系 统恢复功能，帮助用户恢复受损的系统和数据。
进程控制块PCB
PCB的定义
进程控制块（Process Control Block，PCB）是操作系统中用于描述进程状态和控制进程行为的重要数据结构。 它包含了进程的各种属性和信息，如进程标识符、进程状态、程序计数器、CPU寄存器、内存管理信息、I/O状 态信息等。
PCB的作用
PCB是操作系统感知进程存在的唯一标志，操作系统通过PCB对进程实施管理和控制。PCB提供了进程从创建到 终止所需的全部信息，操作系统根据PCB中的信息对进程实施相应的操作。
03
内存管理
内存管理的概念与需求
内存管理的概念
操作系统对内存的分配、回收、 保护和扩充等一系列操作。
内存管理的需求
提供方便的内存分配和回收机制 ；确保各进程在各自的内存空间 内运行，互不干扰；防止内存空 间的浪费，提高内存利用率。
分区存储管理
01
02
03
固定分区
预先把内存划分为大小相 等或不等的分区，每个分 区内只装入一个作业。
优缺点
便于实现共享和保护；但容易产 生碎片，浪费内存空间。
段页式存储管理
基本思想
结合段式和页式两种存储管理方 法，先将程序划分为若干个逻辑 段，再把每个逻辑段划分为若干
个大小相等的页。
段表和页表
段表记录每个逻辑段的信息，页表 记录每个物理页的信息。
优缺点
结合了段式和页式的优点，既方便 实现共享和保护，又能减少碎片； 但增加了系统开销和复杂性。
定义与重要性
操作系统安全是指保护操作系统及其数据不受未经授权的 访问、使用、泄露、破坏、修改或销毁的能力，是计算机 系统安全的重要组成部分。
威胁与攻击
操作系统面临的威胁包括病毒、蠕虫、特洛伊木马、勒索 软件等恶意软件，以及黑客攻击、内部泄露等人为因素。
安全目标与原则
操作系统安全的目标是确保机密性、完整性和可用性，同 时遵循最小权限原则、防御深度原则等安全原则。
页表
记录逻辑页与物理页框的对应关系。
03
优缺点
提高了内存利用率，减少了碎片；但增加了系统开销，可能产生抖动现
象。
段式存储管理
基本思想
把程序按内容或过程（函数）关 系分成段，每段有自己的名字。 一个用户作业或进程所包含的段 对应于一个二维线性虚拟空间，
即一个段表。
段表
记录各段在内存中的起始地址和 段的长度。
进程同步与通信
进程同步
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证它们之 间正确的协作关系。进程同步的主要任务是使并发执行的诸 进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行 具有可再现性。
进程通信
进程通信是指进程之间的信息交换。在分布式系统中，进程 通信是实现分布式计算和协同工作的基础。常见的进程通信 方式包括管道（pipe）、消息队列（message queue）、信 号（signal）等。
02
进程管理
进程的概念与状态
进程的定义
进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，它是程序的执行过程，具 有动态性、并发性、独立性、异步性和结构性等特征。
进程的状态
进程在执行过程中会呈现不同的状态，包括新建态、就绪态、运行态、阻塞态 和终止态。这些状态之间会根据进程的执行情况和系统资源状况进行转换。
设备回收机制
当设备不再被使用时，需要将其回收并重新 分配给其他进程或任务。
设备分配算法
常用的设备分配算法有先来先服务、优先级 高者先服务等。
设备分配与回收的注意事项
需要考虑设备的互斥访问、死锁避免以及资 源利用率等问题。
设备驱动程序与中断处理
设备驱动程序的概念
设备驱动程序是一种软件程序，用于控制和管理 特定类型的设备。
加密技术与密钥管理
加密技术原理
操作系统应采用对称加密、非对称加密等加密技术，确保数据传 输和存储的安全。
密钥管理策略
操作系统应实施密钥管理策略，包括密钥生成、存储、分发、使用 和销毁等环节，确保密钥的安全性和可用性。
加密应用场景
操作系统应在文件加密、磁盘加密、网络通信等场景中广泛应用加 密技术，提高系统的整体安全性。
文件存储空间管理
1 2
空闲表法
适用于连续分配方式，空闲盘块链法适用于非连 续分配方式。
位示图法
利用二进制位0、1表示存储空间中存储块的使用 状态，0表示空闲，1表示已分配。
3
成组链接法
UNIX系统中采用，将空闲块分成若干组，用专 用栈结构进行管理。
文件共享与保护
文件共享
允许多个用户（进程）共同使用同一个 文件。
进程调度算法
调度算法的分类
根据调度策略的不同，进程调度算法可分为先来先服务（FCFS）、短作业优先（ SJF）、优先级调度（Priority Scheduling）、时间片轮转（RR）等。
调度算法的选择
在选择调度算法时，需要考虑系统的整体性能、资源利用率、响应时间等因素。 不同的调度算法适用于不同的应用场景和需求。