东华大学操作系统课件

东华大学操作系统课件单击此处添加副标题XX有限公司XX汇报人：XX目录操作系统基础01进程管理02内存管理03文件系统04输入输出系统05操作系统安全06操作系统基础章节副标题PARTONE操作系统定义操作系统是用户与计算机硬件之间的中介，负责管理硬件资源并提供用户界面。操作系统作为中介操作系统核心功能包括进程管理、内存管理、文件系统和设备驱动等，确保系统稳定运行。核心功能概述操作系统功能操作系统通过调度算法管理进程，确保CPU资源合理分配，提高系统效率。进程管理内存管理功能包括内存分配、回收以及虚拟内存技术，保障程序运行时的内存需求。内存管理操作系统提供文件系统，实现数据的存储、检索、共享和保护等功能。文件系统设备管理负责控制和管理计算机系统中的所有硬件设备，包括输入输出设备。设备管理操作系统分类早期的批处理系统如OS/360，通过自动化处理一批任务来提高效率，减少人工干预。批处理操作系统分时系统如Unix，允许多个用户同时使用计算机，通过时间片轮转实现资源的共享。分时操作系统实时操作系统如VxWorks，常用于嵌入式系统，确保任务在规定时间内完成。实时操作系统操作系统分类分布式系统如Google的Spanner，管理多个计算机节点，实现资源的共享和任务的协同处理。01分布式操作系统网络操作系统如WindowsServer，专为网络环境设计，支持网络通信和资源管理。02网络操作系统进程管理章节副标题PARTTWO进程概念进程是操作系统中一个正在执行的程序的实例，包括程序代码、当前活动以及分配给它的资源。进程的定义每个进程都有一个进程控制块，用于存储进程状态信息、程序计数器、寄存器和内存管理信息等。进程控制块(PCB)进程在其生命周期中会经历创建、就绪、运行、阻塞和终止等状态，状态转换由系统调度和事件驱动。进程状态进程间通信是指不同进程之间交换信息或数据的技术，如管道、消息队列、共享内存和信号等。进程间通信(IPC)01020304进程调度优先级调度调度算法0103优先级调度根据进程优先级决定执行顺序，高优先级进程先执行，保证关键任务及时响应。进程调度算法包括先来先服务、短作业优先和时间片轮转等，用于决定进程执行顺序。02上下文切换是操作系统保存当前进程状态并加载下一个进程状态的过程，以实现多任务切换。上下文切换进程同步允许多个读者同时读取数据，但写者必须独占访问，以保证数据的完整性和一致性。通过缓冲区管理，实现生产者和消费者进程间的同步，避免数据丢失或资源浪费。操作系统通过锁机制或信号量来控制多个进程对共享资源的互斥访问，确保数据一致性。临界区管理生产者-消费者问题读者-写者问题内存管理章节副标题PARTTHREE内存分配在编译时确定内存大小，如C语言中的静态数组，分配固定大小的内存空间。静态内存分配程序运行时根据需要申请内存，如C语言中的malloc和free函数，提供灵活的内存管理。动态内存分配操作系统将物理内存分割成固定大小的页，通过页表管理虚拟地址到物理地址的映射。分页内存管理将内存分成不同大小的段，每个段有特定的用途，如代码段、数据段，便于内存保护和共享。分段内存管理虚拟内存虚拟内存是一种内存管理技术，它允许计算机运行比实际物理内存更大的程序。虚拟内存的概念01当物理内存不足时，页面置换算法决定哪些内存页面被换出到硬盘，以腾出空间。页面置换算法02虚拟内存使得程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间，提高了多任务处理能力。虚拟内存的优势03虚拟内存管理不当可能导致性能下降，如频繁的页面置换会增加系统的I/O开销。虚拟内存的挑战04内存保护01内存隔离操作系统通过内存隔离技术，确保不同进程的内存空间互不干扰，防止数据泄露或破坏。02访问控制内存保护机制包括访问控制列表（ACL），确保只有授权的进程可以访问特定的内存区域。03异常处理当进程试图访问未授权的内存区域时，操作系统会触发异常处理程序，防止系统崩溃或数据损坏。文件系统章节副标题PARTFOUR文件概念文件是操作系统中用于存储信息的基本单位，它具有唯一标识和属性，如文件名、大小和类型。文件的定义每个文件都有一系列属性，包括创建时间、修改日期、访问权限等，这些属性帮助管理文件。文件的属性文件类型决定了文件的格式和用途，常见的类型有文本文件、图像文件、可执行文件等。文件的类型文件命名通常遵循特定规则，如长度限制、字符集限制，以及文件扩展名表示文件类型。文件的命名规则文件系统结构文件系统将数据存储在硬盘、SSD等介质上，采用特定的组织方式以提高读写效率。01目录树结构用于管理文件，每个文件夹可以包含多个文件和子目录，形成层级关系。02文件分配表（FAT）或索引节点（inode）记录文件存储位置和属性，便于系统快速定位和管理文件。03元数据包括文件的创建时间、修改日期、权限等信息，是文件系统管理文件不可或缺的部分。04文件存储介质目录与文件管理文件分配表文件系统元数据文件操作在操作系统中，用户通过命令或图形界面创建文件，并通过打开操作来读写文件内容。文件的创建与打开01文件系统允许用户对文件进行读取、写入和追加数据等操作，以实现信息的存储和更新。文件的读写操作02用户可以删除不再需要的文件，而一些操作系统提供了文件恢复功能，以防误删重要数据。文件的删除与恢复03操作系统通过设置文件权限来控制用户对文件的访问，包括读、写、执行等权限的分配。文件的权限管理04输入输出系统章节副标题PARTFIVEI/O硬件基础I/O接口是连接计算机与外部设备的桥梁，负责数据的传输和转换，如USB和HDMI接口。I/O接口常见的I/O设备包括输入设备如键盘、鼠标，输出设备如显示器、打印机，以及存储设备如硬盘。I/O设备类型I/O端口是计算机主板上用于连接外设的接口，如串行端口、并行端口和PCI端口。I/O端口I/O控制器管理数据的输入输出过程，确保数据正确传输，如硬盘控制器和显卡控制器。I/O控制器I/O软件管理操作系统通过中断处理程序响应I/O设备事件，如键盘输入或打印机完成打印任务。中断处理程序01020304设备驱动程序是操作系统与硬件之间的接口，负责控制特定设备的I/O操作。设备驱动程序缓冲管理用于优化数据传输，减少CPU等待时间，提高系统效率，如使用环形缓冲区。缓冲管理设备独立性允许程序不依赖于具体硬件，操作系统通过抽象层管理不同设备的I/O操作。设备独立性设备驱动程序设备驱动程序作为操作系统与硬件之间的桥梁，负责控制和管理硬件设备。驱动程序的作用根据硬件类型，驱动程序分为显卡驱动、声卡驱动、网络适配器驱动等。驱动程序的分类用户可通过设备管理器或专门软件安装和更新驱动程序，以确保硬件正常工作。驱动程序的安装与更新驱动程序必须与操作系统版本兼容，否则可能导致硬件设备无法正常运行。驱动程序与系统兼容性操作系统安全章节副标题PARTSIX安全威胁例如，勒索软件WannaCry攻击全球，导致众多系统被加密，数据无法访问。恶意软件攻击攻击者通过伪装成可信实体发送电子邮件，骗取用户敏感信息，如登录凭证。网络钓鱼黑客利用操作系统中未知的漏洞进行攻击，如Heartbleed漏洞曾影响广泛服务器。零日漏洞利用员工或内部人员滥用权限，可能导致数据泄露或系统破坏，如斯诺登事件所示。内部威胁访问控制操作系统通过密码、生物识别或多因素认证确保只有授权用户能访问系统资源。用户身份验证记录和审查用户活动，通过日志文件监控潜在的安全威胁和异常行为。审计与监控定义用户权限，控制对文件、目录和系统功能的访问，防止未授权操作。权限管理加密技术01对称加密使用同一密钥进行加密和解密，如AES算法广泛应用于数据保护和通信安全。02非对称加密使用一对密钥，公钥加密的信息只能用私钥解密