操作系统电子课件本科64学时版-文档资料-精品文档
大学计算机基础第4章操作系统基础精品PPT课件
4.1.2 操作系统的发展历史
1. 人工操作
•工作方式 用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员； 编程语言：机器语言； 输入输出：纸带或卡片；
•计算机的工作特点 计算机的全部资源（CPU、内存、外部设备等）由一个用户独占。 CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
使用。
“分时”的含义是多个用户或程序分时共享硬件和软件资源，每个
用户或程序在属于自己的时间片内使用计算机，依次轮转。
多个用户分时：允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的
用户。有用户输入时由CPU执行，处理完一次用户输入后程序暂停，
等待下一次用户输入。
时间片分配：各个程序在CPU上执行的轮换时间。
实时操作系统
网络操作系统
分布式操作系统
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4.1.4 操作系统的特征
• 并发性 两个或两个以上的事件在同一时间间隔中发生.
• 共享性 多个并发执行的程序可以共同使用系统的资源.
• 虚拟性 通过虚拟技术把一个物理设备虚拟为多个逻辑设备.
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4.2 操作系统的功能
用户
应用程序 操作系统
卸取纸带或卡片；CPU利用率低； •缺点：
计算机的高处理速度与手工操作的慢速度成为矛盾; CPU和输入输出设备的工作串行进行，计算机工作效率很低。
4
手工操作阶段
手工操作阶段（无操作系统）
作业
程序 数据 作业说明
输入 设备
主机
输出 设备
计算 结果
10分钟
1分钟
10分钟
CPU利用率 = 1/21 < 5%
《操作系统》教案》课件
《操作系统》教案课件一、教案简介本教案旨在帮助学生了解和掌握操作系统的基本概念、原理和关键技术。
通过本课程的学习，学生将能够理解操作系统的角色和功能，掌握进程管理、内存管理、文件系统、输入/输出系统等基本内容，并能够运用所学知识分析和解决实际问题。
二、教学目标1. 了解操作系统的定义、功能和角色。
2. 掌握进程的定义、创建、调度和管理。
3. 理解内存管理的原理和方法。
4. 熟悉文件系统的结构和工作原理。
5. 掌握输入/输出系统的组成和控制方式。
三、教学内容1. 操作系统概述操作系统的定义操作系统的功能操作系统的角色2. 进程管理进程的定义进程的创建进程的调度进程的管理3. 内存管理内存的分类内存分配与回收内存保护虚拟内存4. 文件系统文件和目录文件系统的结构文件存储和访问文件系统性能优化5. 输入/输出系统输入/输出设备设备驱动程序输入/输出控制缓冲区管理四、教学方法1. 讲授法：通过讲解、阐述操作系统的原理和关键技术。
2. 案例分析法：分析实际操作系统的应用案例，加深学生对知识的理解。
3. 实验法：安排实验课程，让学生动手实践，提高操作能力。
五、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况，评估学生的参与程度。
2. 作业完成情况：评估学生作业的完成质量，检查学生对知识的掌握程度。
3. 实验报告：评估学生在实验课程中的表现，检查学生的实际操作能力。
4. 期末考试：全面测试学生对操作系统知识的掌握程度。
六、教学资源1. 教材：《操作系统原理与应用》2. 课件：PowerPoint 演示文稿3. 实验设备：计算机、网络设备等4. 网络资源：相关学术论文、操作系统的开源项目等七、教学安排1. 课时：32课时（包括理论课和实验课）2. 授课方式：每周4课时，共8周完成教学内容3. 实验课：安排4课时，每课时2小时八、教学步骤1. 引入操作系统的基本概念，讲解操作系统的功能和角色。
2. 详细介绍进程的定义、创建、调度和管理，通过案例分析加深理解。
2024版年度《计算机操作系统》ppt课件完整版
段式存储管理
2024/2/2
段式存储管理的概念
将作业的地址空间划分为若干个段，每个段定义了一组逻辑信息， 以段为单位进行内存分配。
段式存储管理的地址映射
通过段表将逻辑地址转换为物理地址。
段式存储管理的优缺点
优点是符合程序的逻辑结构，有利于信息共享和保护，缺点是内存 利用率不高，可能产生外部碎片。
作业同步与通信
作业管理界面
协调多个作业之间的运行顺序，实现资源共 享和协同工作。
提供友好的作业管理界面，方便用户进行作 业操作和管理。
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进程与线程
2024/2/2
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进程的概念与特征
进程是程序的一次执 行过程，是系统进行 资源分配和调度的基 本单位。
进程由程序、数据和 进程控制块（PCB） 三部分组成。
根据进程需求分配设备资源，如打印机、磁 盘等。
设备独立性
屏蔽不同设备之间的差异，提供统一的设备 接口。
2024/2/2
设备驱动
提供设备控制程序，驱动设备执行操作。
缓冲管理
对输入输出数据进行缓冲，提高设备使用效 率。
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文件管理
文件存储空间管理
分配和管理文件存储空间，支持文件 的创建、删除等操作。
目录管理
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设备分配与回收
设备分配原则
先进先出、优先级高者优先等。
设备分配算法
包括静态分配和动态分配，其中 动态分配又包括先来先服务、最
短寻道时间优先等算法。
设备回收
当设备不再被使用时，需要将其 回收以供其他进程使用。
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缓冲技术
缓冲的引入原因
解决CPU与外设之间速度不匹配的问题，提高 CPU的利用率。
《操作系统》课件
06
安全与保护
操作系统的安全机制
访问控制
通过权限管理、身份验证等机制 ，对系统资源进行访问控制，防 止未经授权的访问和操作。
数据加密
对敏感数据进行加密存储和传输 ，保证数据在存储和传输过程中 的机密性和完整性。
安全审计
通过日志记录和审计机制，对系 统操作进行跟踪和记录，以便及 时发现和应对安全事件。
04
文件系统
文件系统的概念与结构
01
文件系统定义
文件系统是操作系统中用于管理文件存储和检索的软件架构。它提供了
一种组织和管理数据的方式，使得用户可以方便地创建、删除、修改和
查找文件。
02
文件系统结构
文件系统通常采用树形结构，根目录是最高层次的目录，其他目录作为
根目录的子目录。每个目录可以包含文件和子目录，子目录可以包含更
设备的输入输出控制
设备的输入输出控制
是指操作系统对外部设备的输入和输出操作进行 管理和控制的过程。
输出操作
是指计算机系统向外部设备输出数据或信息，例 如屏幕显示、打印机打印等。
ABCD
输入操作
是指外部设备向计算机系统输入数据或信息，例 如键盘输入、鼠标输入等。
设备的输入输出控制的目标
是确保设备的输入和输出操作能够正确、及时地 完成，并且保证数据的安全性和完整性。
内存覆盖
通过将程序的不同部分存放在不同区 域，当需要执行某部分时再将其加载 到内存中，以减少内存占用。
内存的虚拟化
虚拟内存
通过将物理内存抽象为虚拟地址空间，使得每个进程都拥有完整的地址空间， 从而提高内存利用率和安全性。
页面置换算法
当物理内存不足时，操作系统需要选择哪些页面进行置换，常用的算法有先进 先出、最近最少使用和最不经常使用等。
操作系统PPT课件
分析在多用户与多任务环境下可能存在的安全风险，并介绍相应的安全
措施和策略。
07
安全性与可靠性保障
操作系统安全策略
访问控制
通过用户身份验证、权限 管理等手段，限制用户对 系统资源的访问，防止未 经授权的访问和操作。
加密技术
采用加密算法对敏感数据 进行加密存储和传输，确 保数据在传输和存储过程 中的安全性。
页面置换算法
虚拟内存的实现
当内存空间不足时，需要选择某个页面进 行置换，常见的置换算法有最优算法、先 进先出算法、最近最久未使用算法等。
需要硬件和软件的支持，如地址变换机构、 缺页中断机构、页面调度程序等。
页面置换算法
最优算法
选择未来最长时间不会被访问的页面 进行置换，需要预知未来的页面访问 情况，实际中难以实现。
命令行界面常用命令
列举并解释常见的命令行界面命令，如文件操作命令、网络命令、 系统管理命令等。
图形用户界面设计
01
图形用户界面（GUI ）概述
介绍图形用户界面的基本概念、 特点和优势。
02
图形用户界面设计 原则
讲解设计图形用户界面时需要遵 循的原则，如直观易用、美观大 方、符合用户习惯等。
03
图形用户界面常用 控件
文件概念
文件是操作系统中进行数据存储和管理的基本单位，通常是一段具有特定格式 和意义的二进制数据。
文件组织结构
常见的文件组织结构包括顺序结构、索引结构、链接结构和哈希结构。不同的 组织结构适用于不同的应用场景，如顺序结构适用于连续访问大量数据，而索 引结构则适用于随机访问。
文件访问权限控制
访问权限
设置通道控制器，负责管理和控制多 个I/O设备，进一步减轻CPU的负担 。
《操作系统》课程教案
《操作系统》课程教案一、课程简介1. 课程名称：操作系统2. 课程性质：专业核心课3. 学时：64学时4. 学分：4学分5. 适用对象：计算机科学与技术专业本科生6. 课程目标：使学生掌握操作系统的基本原理、概念和技术，培养学生运用操作系统知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 操作系统概述操作系统的概念、功能和作用操作系统的发展历程操作系统的类型和结构2. 进程管理进程与线程的基本概念进程的创建、调度和终止线程同步与互斥死锁与饥饿3. 内存管理内存分配与回收策略虚拟内存技术页面置换算法内存保护与共享4. 文件系统文件与文件系统的概念文件存储结构与存取方法目录结构与文件权限文件系统的实现技术5. 输入/输出管理I/O系统结构设备驱动程序中断处理与DMA传输I/O调度策略三、教学方法1. 讲授：讲授操作系统的基本原理、概念和技术。
2. 实验：通过实验让学生掌握操作系统的实际应用和编程方法。
3. 讨论：组织学生进行课堂讨论，培养分析问题和解决问题的能力。
4. 案例分析：分析实际操作系统案例，让学生了解操作系统的应用场景。
四、教学要求1. 知识要求：掌握操作系统的基本原理、概念和技术。
2. 能力要求：具备运用操作系统知识解决实际问题的能力。
五、教学资源1. 教材：选用国内外优秀教材《操作系统原理与应用》等。
2. 课件：制作精美、清晰的课件，辅助教学。
3. 实验设备：计算机及相关硬件设备。
4. 网络资源：利用网络资源，提供相关学术文章、视频教程等，方便学生自主学习。
5. 交流平台：建立课程QQ群、群等，方便学生与教师沟通交流。
六、教学安排1. 课时分配：操作系统概述：4学时进程管理：12学时内存管理：8学时文件系统：8学时输入/输出管理：8学时实验与讨论：16学时2. 教学进度：第1-4周：操作系统概述、进程管理第5-8周：内存管理、文件系统第9-12周：输入/输出管理、实验与讨论七、考核方式1. 期末考试：总分100分，占比80%题型：选择题、填空题、简答题、计算题、案例分析题2. 实验报告：总分20分，占比20%实验内容：根据实验要求完成相关实验操作报告要求：内容完整、分析深入、论述清晰八、课程评价1. 学生评价：课程结束后，对学生进行问卷调查，了解课程收获、教学效果等方面的情况。
《操作系统基础知识》课件
分层结构
应用层、传输层、网络层、数 据链路层和物理层。
安全性
提供用户认证、数据加密、流 量控制、入侵防范等安全机制。
安全性和保护机制
安全性和保护机制是操作系统设计的重要考虑因素，用于保护计算机系统的安全和用户的隐私。
1 物理安全
密码锁、指纹识别、门禁防护等。
2 用户认证
口令、单点登录、双因子认证等。
3 数据加密
对称密钥、公钥密码、数字签名等。
适用于多用户的计算机系统， 将处理器和其他资源按照时间 分配给多个用户。
实时系统
适用于对反应时间和可靠性要 求非常高的领域，如军事、航 空和工控等。
分布式系统
适用于多台计算机协同工作的 系统，具有高性能、高可靠性 和可扩展性。
系统资源管理
操作系统需要管理ห้องสมุดไป่ตู้算机系统中各种资源，提供公平的分配和协调不同资源之间的竞争关系。
多级反馈队列调度算法
将进程按照不同的优先级划分 到不同的队列中，并根据历史 运行情况动态调整进程的优先 级和时间片大小。
线程同步与互斥
同步和互斥是多线程编程中重要的概念，用于协调和保护共享资源。
1 同步
线程间的协作，保证同时进行的线程的顺序和互斥。
2 互斥
线程间的保护机制，避免多个线程同时修改共享资源。
实时操作系统
20世纪60年代中期，实时操作系统得 到了广泛应用，主要用于军事、航空 和工控领域。
操作系统的分类和特点
操作系统可以分为批处理系统、分时系统、实时系统、分布式系统和网络操作系统等，各种操作系统有着 不同的特点和适用范围。
批处理系统
适用于大型计算机，在处理大 量批处理任务时效率高。
分时系统
《操作系统》PPT课件 (2)
哈希表
页架号 页内位移
物理地址
精选课件ppt
页架号 反向页表
63
快表的地址转换
页号 页内位移
逻辑地址
页号 页架号
页架号 页内位移 物理地址
快表
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64
提高速度 增加成本 快慢结合（关键在命中率）
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27
数据库
存储分块表 分开设置两个存储管理表：已经使用分区
表和自由分区表 自由存储块链
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28
两个存储管理表
区号 大小 位置 状态 区号 大小 位置 状态
1 8K 312K 已分 1 32K 352K 空闲
2 32K 320K 已分 2
空
3
空 3 520K 504K 空闲
0 15 1 17 2 20 3 39 4 18 5 22
要求把逻辑地址转 换成物理地址
页表
精选课件ppt
58
•4101=0001000000000101B 得P=4，
d=5
P
d
•由P=4查P=18
•物理地址拼接 P
d
000100100000000101B=4805H
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问题： 页表放在哪里，整个系统的页表空间多大 对系统的效能有何影响
尽可能利用低地址，高地址处留有 较大的空间。
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最佳适应法
最佳适应法要求空闲区按大小递增的次序 组织空闲区表或队列。 优点：若系统中存在一个和申请区大小相 同的空闲区，则必定被选中。
若不存在这样的空闲区，选中的是 满足要求的最小空闲区。 缺点： 容易产生碎片。
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操作系统第五讲共59页
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
操作系统第五讲
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈