《操作系统结构》课件.ppt

*******************操作系统结构操作系统是计算机系统的核心组成部分,负责管理系统的硬件资源并为用户程序提供运行环境。了解操作系统结构有助于深入理解操作系统的工作原理和设计思想。操作系统的定义和功能操作系统的定义操作系统是管理计算机硬件和软件资源、为应用程序提供服务的系统软件。主要功能包括进程管理、内存管理、设备管理、文件管理和安全控制等。用户界面提供友好的用户界面,便于用户高效利用计算机系统。操作系统的发展历程1批处理系统最早的操作系统,任务由人工执行并输入。2分时系统多用户共享计算机资源,提高利用率。3实时系统对时间要求严格,广泛应用于工业控制。4个人计算机系统面向普通用户,操作更加友好便捷。5嵌入式系统小型化设备的专用操作系统,如手机等。操作系统的发展经历了从最初的批处理系统到现代的嵌入式系统,逐步满足了不同应用场景的需求。分时系统提高了计算机的利用率,实时系统适用于工业控制,个人计算机系统则给普通用户带来了更友好的体验。操作系统的基本组成1内核操作系统的核心部分,负责管理系统资源和提供基本功能。2系统调用用户程序与内核之间的接口,允许用户进程访问系统资源。3设备驱动程序负责管理和控制各种外围设备,确保它们与系统协调工作。4文件系统提供组织和管理文件的方式,确保数据能被妥善存储和访问。操作系统的运行机制硬件资源管理操作系统负责管理和调度计算机的各种硬件资源,如处理器、内存和I/O设备。进程与线程操作系统创建和控制进程和线程,确保它们能够安全高效地并发执行。内存管理操作系统负责为进程分配和回收内存空间,并实现虚拟内存技术。文件系统管理操作系统提供文件系统服务,允许进程对文件进行创建、修改和访问。设备管理操作系统控制和协调各种输入输出设备,屏蔽硬件差异。进程管理操作系统必须高效管理系统中的所有进程,包括创建、调度、控制和终止进程的各种操作。进程管理是操作系统的核心功能之一,关系到整个系统的性能和稳定性。进程的概念和状态进程的定义进程是操作系统中的基本单位,它是一个动态的执行单元,代表一个独立运行的程序。进程的状态进程在其生命周期中会经历就绪、运行、阻塞和终止等不同状态,操作系统会管理和调度这些状态变化。进程上下文进程的上下文包括程序代码、数据、寄存器、堆栈等,操作系统需要保存和恢复这些信息以确保进程执行正确。进程调度算法先来先服务(FCFS)按照进程到达的先后顺序进行调度,简单易实现但不能满足所有进程的需求。最短作业优先(SJF)优先调度预计运行时间最短的进程,可提高系统吞吐量但难以预测进程运行时间。时间片轮转(RR)给每个进程分配一个时间片,轮流执行,保证了公平性但可能导致较长等待时间。优先级调度根据进程的优先级高低进行调度,可以满足特殊进程的需求但需要合理设置优先级。进程同步和互斥进程同步进程同步是指协调多个进程之间的执行顺序,确保它们能按预期的方式访问共享资源。常见的同步机制包括信号量、互斥锁和条件变量等。进程互斥进程互斥是指当一个进程在使用某个共享资源时,其他进程不能访问该资源。互斥机制可以保证资源的独占性,避免数据竞争和不一致问题。死锁问题死锁是指两个或多个进程因争夺资源而造成的永久阻塞。它可能导致系统资源无法合理利用,需要采取预防和解决措施。解决方案常见的死锁预防和解决方法包括合理分配资源、使用死锁检测算法,以及采取死锁恢复措施等。死锁的概念及预防死锁的概念死锁是指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。每个进程都在等待其他进程释放资源，但又无法推进自己的执行。预防死锁预防死锁的主要策略包括:合理分配资源、有序分配资源、使用银行家算法、设置超时机制等。通过这些措施可以有效避免死锁的发生。检测和解除死锁如果无法完全预防死锁,还需要采取检测和解除死锁的措施。通过系统检测算法识别死锁,再通过抢占资源或终止进程等方法解除死锁。内存管理有效的内存管理技术是操作系统的核心功能之一。它负责分配和管理计算机系统的物理内存资源,确保各种进程和应用程序能够高效利用有限的内存空间。内存分配策略固定分区分配将内存划分为若干个固定大小的分区，每个分区分配给一个进程使用。适合中小型程序，但会造成内存浪费。动态分区分配根据进程大小动态划分内存分区。可以最大化内存利用率,但需要复杂的内存管理算法。页式分配将内存划分为固定大小的页框,按页为单位进行分配。灵活性强,但需要更复杂的硬件支持。段式分配根据程序逻辑将其划分为不同大小的段,按段进行内存分配。适合大程序,但需要更复杂的管理。虚拟内存技术