《操作系统概论》课件.ppt

操作系统概论操作系统是现代计算机系统的核心组成部分，负责管理硬件资源、协调软件运行以及提供用户界面。

操作系统概念及功能管理计算机硬件为用户提供使用硬件的接口，管理处理器、内存、外设等资源，使之更高效地运行。管理软件资源管理应用程序、系统文件等软件资源，提供应用程序运行环境，协调不同软件之间的协作。提供用户接口为用户提供操作系统的使用界面，例如命令行界面、图形界面等，方便用户进行操作。

操作系统的发展历程早期操作系统20世纪50年代出现，例如通用自动计算机（UNIVAC）的单道批处理系统，主要用于科学计算任务，但效率较低，无法充分利用硬件资源。多道批处理操作系统20世纪60年代发展，例如IBM的OS/360系统，通过多道程序设计技术，提高了CPU利用率，但仍然无法满足用户对交互性的需求。分时操作系统20世纪70年代兴起，例如UNIX和Multics系统，支持多个用户同时使用计算机，提供交互式界面，提高了用户体验。实时操作系统20世纪70年代发展，例如实时控制系统，用于控制机器和设备，对时间响应要求严格，需要快速处理实时数据。个人电脑操作系统20世纪80年代出现，例如微软的MS-DOS和苹果的MacOS，为个人电脑提供了图形用户界面，方便了用户操作。网络操作系统20世纪90年代发展，例如NovellNetWare和WindowsNT，支持网络资源共享和协同工作，推动了网络技术发展。现代操作系统21世纪发展至今，例如Windows、macOS、Linux和Android，提供了更强大的功能、更友好的用户界面，并支持各种新技术，如云计算、移动计算和人工智能。

操作系统的基本结构1内核操作系统核心，管理系统资源。2系统调用接口用户程序与内核交互的桥梁。3系统程序提供用户程序所需的服务和工具。4用户程序运行在操作系统之上的应用程序。

进程管理进程管理是操作系统中一项重要的功能，负责创建、调度、终止等进程的生命周期管理。它确保系统中各个进程能够有效地利用系统资源，并协调进程间的相互作用。

进程的基本概念进程定义进程是指一个正在运行的程序的一个实例，包含程序代码、数据以及系统资源。进程属性进程具有独立的地址空间、进程控制块（PCB）、资源和状态。进程标识每个进程都有唯一的进程标识符（PID），用于区分不同的进程。

进程的状态及转换1新建进程刚被创建，尚未分配资源2就绪进程已分配资源，等待CPU时间3运行进程正在运行，正在使用CPU4阻塞进程等待资源，无法运行5终止进程完成，不再运行进程在生命周期中会经历不同的状态。进程处于不同的状态，对应着不同的活动，需要根据状态进行合理的管理。

进程调度算法先到先服务(FCFS)简单易实现，但可能导致进程饥饿，效率低下。最短作业优先(SJF)提高系统效率，但需要提前知道作业执行时间，现实中难以实现。优先级调度根据优先级分配CPU资源，可以设置优先级，但可能导致低优先级进程饥饿。时间片轮转公平分配CPU资源，避免进程饥饿，适用于交互式系统。

内存管理内存管理是操作系统的重要组成部分，负责分配和管理计算机系统中的内存资源。内存管理的目标是提高内存利用率，减少内存碎片，并为多个进程提供安全、高效的内存访问机制。

内存分配策略连续分配将内存空间分配为连续的区域，程序占用完整的内存块。优点：简单易行；缺点：内存利用率低，易产生内存碎片。分页式分配将内存空间和程序空间都划分为大小相同的页面，进行分页管理，提高了内存利用率。优点：提高内存利用率，减少内存碎片；缺点：增加了地址转换开销。段式分配将程序空间划分成若干个逻辑段，每个段可以是一个程序模块或数据结构。优点：方便程序的模块化管理；缺点：需要进行段表管理，增加了管理开销。页式段式分配结合分页和段式分配的优点，将程序空间进行分页，同时对每个页进行段式管理。优点：提高了内存利用率和程序的模块化管理能力；缺点：管理更加复杂，增加了管理开销。

虚拟内存技术虚拟内存概念虚拟内存技术允许程序使用比物理内存更大的地址空间，将部分程序代码和数据交换到磁盘上，从而提高系统效率和内存利用率。分页式管理将虚拟内存划分为固定大小的页面，并将页面加载到物理内存中，实现虚拟地址到物理地址的映射。段式管理将虚拟内存划分为可变大小的段，并将段加载到物理内存中，实现虚拟地址到物理地址的映射。虚拟内存管理流程虚拟内存管理涉及地址转换、页面置换、内存分配等多个步骤，保证系统高效运行。

文件管理文件管理是操作系统的重要组成部分。它负责存储和管理用户文件，为用户提供文件访问和操作的接口。

文件系统结构1层次结构文件系统以树状结构组织文件和目录，便于用户查找和管理文件。2文件索引结构系统维护文件索引，记录文件元数据信息，如文件名、大小、创建日期等。3文件分配结构文件系统决定如何将文件存储在磁盘