操作系统原理与设计.pptx

操作系统原理与设计

汇报人：<XXX>

2024-01-25

目录

CONTENTS

操作系统概述

操作系统原理

操作系统设计

操作系统实例分析

操作系统发展趋势与挑战

总结与展望

01

操作系统概述

CHAPTER

操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机硬件和软件资源，为用户和应用程序提供便利的接口。

操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备驱动、用户界面等。

定义与功能

功能

定义

早期操作系统

个人计算机时代

移动互联网时代

云计算与虚拟化

操作系统的历史与发展

01

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04

如DOS、UNIX等，主要用于批处理和分时系统。

随着个人计算机的普及，Windows、MacOS等图形化操作系统逐渐成为主流。

Android、iOS等移动操作系统快速发展，满足智能设备的需求。

以AmazonAWS、GoogleCloud等为代表的云操作系统，提供弹性可伸缩的计算资源。

单机操作系统

网络操作系统

分布式操作系统

嵌入式操作系统

运行在单个计算机上的操作系统，如Windows、Linux等。

管理分布式系统中的多个独立计算机，实现协同工作的操作系统，如网格计算中的操作系统。

支持网络环境中多个计算机之间通信和资源共享的操作系统，如WindowsServer、LinuxServer等。

运行在嵌入式设备中的操作系统，如Android、iOS等移动操作系统。

02

操作系统原理

CHAPTER

03

进程调度

根据一定的调度算法，选择合适的进程来占用CPU。

01

进程概念

进程是程序的一次执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位。

02

进程状态

进程在执行过程中会经历多种状态，如运行态、就绪态、阻塞态等。

进程管理

将内存划分为多个区域，如代码区、数据区、堆区、栈区等。

内存分区

内存分配

内存保护

根据需要为进程分配内存空间，包括静态分配和动态分配。

确保不同进程的内存空间互不干扰，防止非法访问。

03

02

01

内存管理

文件系统

文件概念

文件是存储在外部介质上的数据的逻辑组织形式。

文件目录

用于记录文件的位置、名称等信息的数据结构。

文件访问控制

对文件的读写权限进行控制，确保数据的安全性。

设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的接口。

设备驱动程序概念

可分为字符设备驱动程序和块设备驱动程序。

设备驱动程序分类

实现对设备的初始化和控制，处理设备的中断和异常。

设备驱动程序功能

设备驱动程序

用户界面概念

用户界面是操作系统与用户之间的交互界面。

用户界面类型

可分为命令行界面和图形用户界面。

用户界面设计原则

易用性、一致性、美观性等。

用户界面

03

操作系统设计

CHAPTER

操作系统应能持续、稳定地运行，避免因硬件故障或软件错误导致的数据丢失或系统崩溃。

可靠性

效率

可扩展性

可维护性

操作系统应能高效地利用系统资源，如CPU、内存、磁盘等，以满足用户的需求。

操作系统应能适应硬件和软件技术的发展，方便添加新功能和设备驱动。

操作系统应具有良好的可读性和可维护性，方便开发人员调试和维护系统。

设计目标与原则

操作系统内核是系统的核心，负责管理硬件和软件资源。常见的内核结构有单内核和微内核。

内核结构

文件系统负责管理数据存储和访问，提供目录结构和文件操作功能。常见的文件系统有FAT、NTFS和EXT4。

文件系统

进程是程序的执行实例，操作系统应能创建、终止、切换进程，并管理进程的内存和CPU资源。

进程管理

内存管理负责分配和回收内存，以及管理内存中的数据。常见的内存管理技术有分页、分段和虚拟内存。

内存管理

系统结构设计

1

2

3

进程调度算法决定哪个进程在何时占用CPU，常用的算法有先来先服务、最短作业优先、优先级调度等。

进程调度算法

内存分配算法决定如何将内存分配给进程，常用的算法有首次适应、最佳适应和最坏适应。

内存分配算法

磁盘调度算法决定磁盘驱动器如何执行I/O操作，常用的算法有FCFS、SSTF、SCAN等。

磁盘调度算法

关键算法设计

加密技术

使用加密技术保护数据传输和存储的安全，防止数据被窃取或篡改。

安全审计

通过安全审计机制记录系统的安全事件，以便及时发现和处理安全问题。

访问控制

通过权限管理和访问控制机制，防止未经授权的访问和数据泄露。

系统安全设计

04

操作系统实例分析

CHAPTER

发展历程

Windows1.0于1985年首次发布，是微软推出的首个操作系统。

Windows95是微软的重要里程碑，它引入了图形用户界面，并成为最受欢迎的操作系统之一。

Windows操作系统

WindowsXP在2001年发布，具有很高的市场份额。

WindowsVista在2006年发布，但由于种种问题，其