王道考研操作系统课件

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录壹操作系统概述贰进程管理叁内存管理肆文件系统伍输入输出系统陆操作系统安全操作系统概述章节副标题壹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，提供用户接口。操作系统作为中介操作系统提供抽象层，简化应用程序的开发，使得开发者无需直接处理硬件细节。抽象层：简化应用开发操作系统的核心功能之一是资源管理，包括CPU、内存、存储设备等资源的分配和调度。核心功能：资源管理010203操作系统功能操作系统通过进程调度、同步和通信机制，有效管理计算机系统中的多个进程。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，确保系统资源的高效利用。内存管理操作系统提供文件存储、检索、共享和保护等功能，方便用户对数据的管理和使用。文件系统管理设备管理涉及对输入输出设备的控制和管理，包括设备的分配、调度和缓冲技术。设备管理操作系统分类早期的计算机使用批处理系统，如OS/360，通过批量执行任务来提高效率。批处理操作系统分时系统允许多个用户共享计算机资源，如UNIX和Linux，支持多用户同时操作。分时操作系统实时操作系统如VxWorks，常用于需要快速响应的应用，如工业控制系统。实时操作系统分布式系统如Google的Spanner，允许多个计算机协同工作，实现资源的共享和任务的并行处理。分布式操作系统进程管理章节副标题贰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、程序计数器等。进程的定义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决定。进程状态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、寄存器集合等关键信息。进程控制块(PCB)进程间通信是指不同进程之间交换信息或数据，常见的IPC机制包括管道、消息队列、共享内存等。进程间通信(IPC)进程调度调度算法进程调度算法包括先来先服务、短作业优先、时间片轮转等，它们决定了进程的执行顺序。实时调度实时调度确保关键任务能够及时响应，适用于对时间敏感的应用，如工业控制系统。上下文切换优先级调度上下文切换是进程调度的一部分，涉及保存当前进程状态和加载下一个进程状态的过程。优先级调度根据进程的优先级来决定执行顺序，高优先级进程通常会先被执行。进程同步条件变量互斥锁的使用0103条件变量与互斥锁结合使用，允许进程在某个条件不满足时挂起，直到其他进程改变了条件并发出通知。在操作系统中，互斥锁用于控制对共享资源的互斥访问，防止多个进程同时操作导致数据不一致。02信号量是一种广泛使用的进程同步机制，通过PV操作来控制多个进程对共享资源的访问顺序和数量。信号量机制内存管理章节副标题叁内存分配静态内存分配在编译时确定，如全局变量和静态变量，分配在程序的数据段。静态内存分配分页机制将物理内存划分为固定大小的页，通过页表实现虚拟地址到物理地址的映射。分页内存管理动态内存分配在程序运行时进行，如使用malloc和calloc函数在堆上分配内存。动态内存分配分段将内存划分为不同大小的段，每个段对应程序的一个逻辑部分，如代码段、数据段。分段内存管理虚拟内存01虚拟内存的概念虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术，它使得应用程序认为自己拥有连续可用的内存空间。02页面置换算法当物理内存不足时，操作系统通过页面置换算法决定哪些内存页被换出到磁盘，以释放空间。03分页与分段虚拟内存系统通常采用分页或分段机制来管理内存，以提高内存的使用效率和保护程序的独立性。内存保护01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，防止数据泄露或恶意篡改。02内存保护机制中，访问控制列表（ACL）用于限制进程对特定内存区域的读写权限，保障系统安全。03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，及时响应并处理违规操作。内存隔离访问控制异常处理文件系统章节副标题肆文件概念文件是存储在计算机系统中，具有唯一标识符的数据集合，用于保存信息。文件的定义0102每个文件都有一组属性，如名称、类型、位置、大小、创建和修改日期等。文件的属性03文件类型包括文本、图像、音频、视频等，决定了文件的存储格式和处理方式。文件的类型文件系统结构01文件存储空间管理文件系统通过磁盘分区、卷管理等方式对存储空间进行高效分配和管理。02目录结构设计目录结构设计决定了文件的组织方式，如树状目录结构便于管理和检索。03文件分配策略文件分配策略包括连续分配、链接分配和索引分配，影响文件的存取效率。04文件系统元数据元数据如文件属性、权限和索引节点等，是文件系统管理文件的关键信息。文件操作在操作系统中，用户可以通过特定命令或界面创建新文件，或删除不再需要的文件。01文件操作包括读取文件内容到内存和将内存中的数据写入文件，这是数据处理的基础。02用户可以更改文件名或改变文件存储位置，以更好地组织文件系统中的数据。03操作系统允许用户设置文件的访问权限，如只读、读写等，以保护文件数据安全。04文件的创建与删除文件的读取与写入文件的重命名与移动文件的权限管理输入输出系统章节副标题伍I/O硬件基础I/O接口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。0102I/O设备类型常见的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。03中断机制中断机制允许I/O设备在需要服务时通知CPU，提高计算机系统的响应速度和效率。04直接内存访问(DMA)DMA技术允许I/O设备直接与内存交换数据，无需CPU介入，从而减少数据传输的延迟。I/O软件管理操作系统通过中断处理程序响应I/O设备的请求，实现数据的快速交换和处理。中断处理程序设备驱动程序是操作系统与硬件设备通信的桥梁，负责控制和管理特定设备。设备驱动程序缓冲管理用于协调CPU和I/O设备之间速度不匹配的问题，提高系统整体效率。缓冲管理设备独立性允许程序通过统一的接口访问不同类型的I/O设备，简化了编程和设备管理。设备独立性设备驱动程序随着硬件技术的发展，驱动程序需要定期更新以支持新功能或提高性能，同时解决已知问题。用户在操作系统中安装特定硬件的驱动程序，通过配置文件或界面设置硬件参数，确保设备正常工作。设备驱动程序作为操作系统与硬件之间的接口，负责控制硬件设备，实现数据的输入输出。驱动程序的功能驱动程序的安装与配置驱动程序的更新与维护操作系统安全章节副标题陆安全威胁例如，勒索软件通过加密用户文件来索取赎金，严重威胁数据安全和个人隐私。恶意软件攻击黑客利用操作系统未修复的漏洞进行攻击，如著名的“永恒之蓝”利用漏洞攻击事件。系统漏洞利用内部人员滥用权限，可能导致数据泄露或系统破坏，例如斯诺登事件中揭露的内部人员泄密行为。内部人员威胁安全机制操作系统通过密码、生物识别等方式进行用户身份验证，确保只有授权用户才能访问系统资源。用户身份验证操作系统使用加密算法对敏感数据进行加密，防止数据在传输或存储过程中被非法截获和读取。加密技术ACLs（AccessControlLists）用于定义和管理用户对文件和目录的访问权限，保障数据安全。访问控制列表通过记录和审查系统活动日志，操作系统可以检测和预防安全威胁，及时发现异常行为。安全审计01020304