《操作系统Ca》课件.ppt

**********************《操作系统Ca》课件概述本课件旨在帮助学生深入理解操作系统的基本原理和核心概念，并通过实际案例分析和练习，培养学生解决操作系统相关问题的能力。操作系统的定义和作用定义操作系统是一个管理和控制计算机硬件资源以及软件资源的程序集合，为用户提供一个友好的运行环境。作用操作系统作为系统软件的核心，负责管理计算机系统中的所有资源，包括硬件、软件和数据。用户界面操作系统为用户提供了一个易于使用的界面，例如图形界面或命令行界面，方便用户与计算机进行交互。任务管理操作系统负责管理用户进程，为每个进程分配资源，并确保进程之间能够协调运行。操作系统的发展历程1早期操作系统20世纪50年代，第一代操作系统诞生，它们主要用于批处理系统，例如IBM的OS/360。2分时操作系统20世纪60年代，分时操作系统出现，例如Multics和Unix，它们允许多个用户共享系统资源。3个人电脑操作系统20世纪80年代，个人电脑操作系统兴起，例如MS-DOS和Windows，它们为个人用户提供了易于使用的图形界面。4现代操作系统20世纪90年代，现代操作系统开始发展，例如WindowsNT、Linux和MacOS，它们具有更强大的功能和更友好的用户界面。操作系统的基本功能数据管理操作系统负责管理系统资源，包括内存、磁盘、文件等，并提供统一的数据访问方式。进程管理操作系统负责创建、调度、同步和终止进程，确保多个进程能够有效地共享系统资源。用户接口操作系统提供用户界面，允许用户与系统进行交互，并提供命令行界面和图形界面等。安全管理操作系统负责保护系统资源，防止非法访问和恶意攻击，并提供用户认证和访问控制等功能。操作系统的基本组成内核操作系统核心，管理系统资源，控制硬件设备。提供系统调用接口，供应用程序调用。系统调用接口应用程序与内核的桥梁，提供功能调用。例如文件操作、进程管理、内存分配等。系统程序为用户提供便利工具，方便操作管理。例如命令解释器、编译器、编辑器等。进程管理的基本概念11.进程的概念进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，代表一个正在执行的程序。22.进程的组成进程通常包含程序代码、数据段、堆栈段和进程控制块（PCB）。33.进程的特征进程具有动态性、并发性、独立性和结构化的特征。44.进程的状态进程在执行过程中会处于不同的状态，例如运行态、就绪态、阻塞态等。进程的创建和终止进程的创建是操作系统分配资源和初始化进程控制块的过程。这包括创建进程地址空间、加载程序代码以及设置进程状态。终止进程是释放所有资源、清除进程控制块以及删除进程地址空间的过程。1创建分配资源、初始化PCB2运行分配CPU、执行指令3终止回收资源、删除PCB进程的状态转换运行状态进程正在CPU上执行，占用系统资源，处于活动状态。就绪状态进程已准备好运行，等待CPU的分配，但没有获得CPU的使用权。阻塞状态进程因等待某事件而暂停执行，无法进行下一步操作。创建状态进程正在创建过程中，分配资源和初始化数据。终止状态进程已完成执行，释放资源，处于结束状态。进程调度算法先到先服务根据进程到达的顺序进行调度，简单易实现，但无法根据进程的优先级进行调度。优先级调度根据进程的优先级进行调度，可以有效地提高高优先级进程的响应时间，但可能导致低优先级进程长时间等待。时间片轮转将CPU时间分成时间片，每个进程轮流占用一个时间片，适合多用户环境。最短作业优先选择运行时间最短的进程优先执行，可以有效地提高系统效率，但需要知道每个进程的执行时间。进程同步的基本问题竞态条件多个进程同时访问共享资源，结果取决于执行顺序。死锁多个进程互相等待对方释放资源，导致所有进程都无法继续执行。饥饿某个进程无法获得所需的资源而一直处于等待状态，无法执行。互斥与临界区的概念互斥互斥是指在多任务环境中，多个进程访问共享资源时，必须保证同一时间只有一个进程能够访问该资源。这是为了防止数据不一致和系统错误。临界区临界区是指一段代码，这段代码中访问了共享资源，需要保证互斥访问。临界区是实现互斥的关键，因为只有在临界区内才能保证访问共享资源的安全性。信号量机制的实现信号量机制是一种经典的进程同步机制，在操作系统中被广泛应用。1信号量定义一个整型变量，用于表示资源数量2P操作申请一个资源，信号量减一3V操作释放一个资源，信号量加一信号量机制的实现需要解决的关键问题包括信号量的初始化、P操作的原子性以及V操作的原子性