東華大學(xué)操作系統(tǒng)課件單擊此處添加副標(biāo)題XX有限公司XX匯報(bào)人：XX目錄操作系統(tǒng)基礎(chǔ)01進(jìn)程管理02內(nèi)存管理03文件系統(tǒng)04輸入輸出系統(tǒng)05操作系統(tǒng)安全06操作系統(tǒng)基礎(chǔ)章節(jié)副標(biāo)題PARTONE操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的中介，負(fù)責(zé)管理硬件資源并提供用戶界面。操作系統(tǒng)作為中介操作系統(tǒng)核心功能包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)等，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。核心功能概述操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)通過(guò)調(diào)度算法管理進(jìn)程，確保CPU資源合理分配，提高系統(tǒng)效率。進(jìn)程管理內(nèi)存管理功能包括內(nèi)存分配、回收以及虛擬內(nèi)存技術(shù)，保障程序運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存需求。內(nèi)存管理操作系統(tǒng)提供文件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、共享和保護(hù)等功能。文件系統(tǒng)設(shè)備管理負(fù)責(zé)控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有硬件設(shè)備，包括輸入輸出設(shè)備。設(shè)備管理操作系統(tǒng)分類(lèi)早期的批處理系統(tǒng)如OS/360，通過(guò)自動(dòng)化處理一批任務(wù)來(lái)提高效率，減少人工干預(yù)。批處理操作系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)如Unix，允許多個(gè)用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，通過(guò)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)資源的共享。分時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如VxWorks，常用于嵌入式系統(tǒng)，確保任務(wù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)分類(lèi)分布式系統(tǒng)如Google的Spanner，管理多個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)資源的共享和任務(wù)的協(xié)同處理。01分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)如WindowsServer，專(zhuān)為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)，支持網(wǎng)絡(luò)通信和資源管理。02網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)進(jìn)程管理章節(jié)副標(biāo)題PARTTWO進(jìn)程概念進(jìn)程是操作系統(tǒng)中一個(gè)正在執(zhí)行的程序的實(shí)例，包括程序代碼、當(dāng)前活動(dòng)以及分配給它的資源。進(jìn)程的定義每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)進(jìn)程控制塊，用于存儲(chǔ)進(jìn)程狀態(tài)信息、程序計(jì)數(shù)器、寄存器和內(nèi)存管理信息等。進(jìn)程控制塊(PCB)進(jìn)程在其生命周期中會(huì)經(jīng)歷創(chuàng)建、就緒、運(yùn)行、阻塞和終止等狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換由系統(tǒng)調(diào)度和事件驅(qū)動(dòng)。進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程間通信是指不同進(jìn)程之間交換信息或數(shù)據(jù)的技術(shù)，如管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存和信號(hào)等。進(jìn)程間通信(IPC)01020304進(jìn)程調(diào)度優(yōu)先級(jí)調(diào)度調(diào)度算法0103優(yōu)先級(jí)調(diào)度根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)決定執(zhí)行順序，高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程先執(zhí)行，保證關(guān)鍵任務(wù)及時(shí)響應(yīng)。進(jìn)程調(diào)度算法包括先來(lái)先服務(wù)、短作業(yè)優(yōu)先和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)等，用于決定進(jìn)程執(zhí)行順序。02上下文切換是操作系統(tǒng)保存當(dāng)前進(jìn)程狀態(tài)并加載下一個(gè)進(jìn)程狀態(tài)的過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)切換。上下文切換進(jìn)程同步允許多個(gè)讀者同時(shí)讀取數(shù)據(jù)，但寫(xiě)者必須獨(dú)占訪問(wèn)，以保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。通過(guò)緩沖區(qū)管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者和消費(fèi)者進(jìn)程間的同步，避免數(shù)據(jù)丟失或資源浪費(fèi)。操作系統(tǒng)通過(guò)鎖機(jī)制或信號(hào)量來(lái)控制多個(gè)進(jìn)程對(duì)共享資源的互斥訪問(wèn)，確保數(shù)據(jù)一致性。臨界區(qū)管理生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題讀者-寫(xiě)者問(wèn)題內(nèi)存管理章節(jié)副標(biāo)題PARTTHREE內(nèi)存分配在編譯時(shí)確定內(nèi)存大小，如C語(yǔ)言中的靜態(tài)數(shù)組，分配固定大小的內(nèi)存空間。靜態(tài)內(nèi)存分配程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要申請(qǐng)內(nèi)存，如C語(yǔ)言中的malloc和free函數(shù)，提供靈活的內(nèi)存管理。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配操作系統(tǒng)將物理內(nèi)存分割成固定大小的頁(yè)，通過(guò)頁(yè)表管理虛擬地址到物理地址的映射。分頁(yè)內(nèi)存管理將內(nèi)存分成不同大小的段，每個(gè)段有特定的用途，如代碼段、數(shù)據(jù)段，便于內(nèi)存保護(hù)和共享。分段內(nèi)存管理虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存是一種內(nèi)存管理技術(shù)，它允許計(jì)算機(jī)運(yùn)行比實(shí)際物理內(nèi)存更大的程序。虛擬內(nèi)存的概念01當(dāng)物理內(nèi)存不足時(shí)，頁(yè)面置換算法決定哪些內(nèi)存頁(yè)面被換出到硬盤(pán)，以騰出空間。頁(yè)面置換算法02虛擬內(nèi)存使得程序可以使用比實(shí)際物理內(nèi)存更大的地址空間，提高了多任務(wù)處理能力。虛擬內(nèi)存的優(yōu)勢(shì)03虛擬內(nèi)存管理不當(dāng)可能導(dǎo)致性能下降，如頻繁的頁(yè)面置換會(huì)增加系統(tǒng)的I/O開(kāi)銷(xiāo)。虛擬內(nèi)存的挑戰(zhàn)04內(nèi)存保護(hù)01內(nèi)存隔離操作系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)存隔離技術(shù)，確保不同進(jìn)程的內(nèi)存空間互不干擾，防止數(shù)據(jù)泄露或破壞。02訪問(wèn)控制內(nèi)存保護(hù)機(jī)制包括訪問(wèn)控制列表（ACL），確保只有授權(quán)的進(jìn)程可以訪問(wèn)特定的內(nèi)存區(qū)域。03異常處理當(dāng)進(jìn)程試圖訪問(wèn)未授權(quán)的內(nèi)存區(qū)域時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)異常處理程序，防止系統(tǒng)崩潰或數(shù)據(jù)損壞。文件系統(tǒng)章節(jié)副標(biāo)題PARTFOUR文件概念文件是操作系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)信息的基本單位，它具有唯一標(biāo)識(shí)和屬性，如文件名、大小和類(lèi)型。文件的定義每個(gè)文件都有一系列屬性，包括創(chuàng)建時(shí)間、修改日期、訪問(wèn)權(quán)限等，這些屬性幫助管理文件。文件的屬性文件類(lèi)型決定了文件的格式和用途，常見(jiàn)的類(lèi)型有文本文件、圖像文件、可執(zhí)行文件等。文件的類(lèi)型文件命名通常遵循特定規(guī)則，如長(zhǎng)度限制、字符集限制，以及文件擴(kuò)展名表示文件類(lèi)型。文件的命名規(guī)則文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬盤(pán)、SSD等介質(zhì)上，采用特定的組織方式以提高讀寫(xiě)效率。01目錄樹(shù)結(jié)構(gòu)用于管理文件，每個(gè)文件夾可以包含多個(gè)文件和子目錄，形成層級(jí)關(guān)系。02文件分配表（FAT）或索引節(jié)點(diǎn)（inode）記錄文件存儲(chǔ)位置和屬性，便于系統(tǒng)快速定位和管理文件。03元數(shù)據(jù)包括文件的創(chuàng)建時(shí)間、修改日期、權(quán)限等信息，是文件系統(tǒng)管理文件不可或缺的部分。04文件存儲(chǔ)介質(zhì)目錄與文件管理文件分配表文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)文件操作在操作系統(tǒng)中，用戶通過(guò)命令或圖形界面創(chuàng)建文件，并通過(guò)打開(kāi)操作來(lái)讀寫(xiě)文件內(nèi)容。文件的創(chuàng)建與打開(kāi)01文件系統(tǒng)允許用戶對(duì)文件進(jìn)行讀取、寫(xiě)入和追加數(shù)據(jù)等操作，以實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和更新。文件的讀寫(xiě)操作02用戶可以刪除不再需要的文件，而一些操作系統(tǒng)提供了文件恢復(fù)功能，以防誤刪重要數(shù)據(jù)。文件的刪除與恢復(fù)03操作系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置文件權(quán)限來(lái)控制用戶對(duì)文件的訪問(wèn)，包括讀、寫(xiě)、執(zhí)行等權(quán)限的分配。文件的權(quán)限管理04輸入輸出系統(tǒng)章節(jié)副標(biāo)題PARTFIVEI/O硬件基礎(chǔ)I/O接口是連接計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的橋梁，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換，如USB和HDMI接口。I/O接口常見(jiàn)的I/O設(shè)備包括輸入設(shè)備如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)，輸出設(shè)備如顯示器、打印機(jī)，以及存儲(chǔ)設(shè)備如硬盤(pán)。I/O設(shè)備類(lèi)型I/O端口是計(jì)算機(jī)主板上用于連接外設(shè)的接口，如串行端口、并行端口和PCI端口。I/O端口I/O控制器管理數(shù)據(jù)的輸入輸出過(guò)程，確保數(shù)據(jù)正確傳輸，如硬盤(pán)控制器和顯卡控制器。I/O控制器I/O軟件管理操作系統(tǒng)通過(guò)中斷處理程序響應(yīng)I/O設(shè)備事件，如鍵盤(pán)輸入或打印機(jī)完成打印任務(wù)。中斷處理程序01020304設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)與硬件之間的接口，負(fù)責(zé)控制特定設(shè)備的I/O操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序緩沖管理用于優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸，減少CPU等待時(shí)間，提高系統(tǒng)效率，如使用環(huán)形緩沖區(qū)。緩沖管理設(shè)備獨(dú)立性允許程序不依賴(lài)于具體硬件，操作系統(tǒng)通過(guò)抽象層管理不同設(shè)備的I/O操作。設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序作為操作系統(tǒng)與硬件之間的橋梁，負(fù)責(zé)控制和管理硬件設(shè)備。驅(qū)動(dòng)程序的作用根據(jù)硬件類(lèi)型，驅(qū)動(dòng)程序分為顯卡驅(qū)動(dòng)、聲卡驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)適配器驅(qū)動(dòng)等。驅(qū)動(dòng)程序的分類(lèi)用戶可通過(guò)設(shè)備管理器或?qū)ｉT(mén)軟件安裝和更新驅(qū)動(dòng)程序，以確保硬件正常工作。驅(qū)動(dòng)程序的安裝與更新驅(qū)動(dòng)程序必須與操作系統(tǒng)版本兼容，否則可能導(dǎo)致硬件設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)程序與系統(tǒng)兼容性操作系統(tǒng)安全章節(jié)副標(biāo)題PARTSIX安全威脅例如，勒索軟件WannaCry攻擊全球，導(dǎo)致眾多系統(tǒng)被加密，數(shù)據(jù)無(wú)法訪問(wèn)。惡意軟件攻擊攻擊者通過(guò)偽裝成可信實(shí)體發(fā)送電子郵件，騙取用戶敏感信息，如登錄憑證。網(wǎng)絡(luò)釣魚(yú)黑客利用操作系統(tǒng)中未知的漏洞進(jìn)行攻擊，如Heartbleed漏洞曾影響廣泛服務(wù)器。零日漏洞利用員工或內(nèi)部人員濫用權(quán)限，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露或系統(tǒng)破壞，如斯諾登事件所示。內(nèi)部威脅訪問(wèn)控制操作系統(tǒng)通過(guò)密碼、生物識(shí)別或多因素認(rèn)證確保只有授權(quán)用戶能訪問(wèn)系統(tǒng)資源。用戶身份驗(yàn)證記錄和審查用戶活動(dòng)，通過(guò)日志文件監(jiān)控潛在的安全威脅和異常行為。審計(jì)與監(jiān)控定義用戶權(quán)限，控制對(duì)文件、目錄和系統(tǒng)功能的訪問(wèn)，防止未授權(quán)操作。權(quán)限管理加密技術(shù)01對(duì)稱(chēng)加密使用同一密鑰進(jìn)行加密和解密，如AES算法廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)保護(hù)和通信安全。02非對(duì)稱(chēng)加密使用一對(duì)密鑰，公鑰加密的信息只能用私鑰解密