什么是操作系統(tǒng)-2024鮮版

什么是操作系統(tǒng)2023REPORTING12024/3/27操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)核心組件操作系統(tǒng)類型與特點(diǎn)常見操作系統(tǒng)介紹及比較操作系統(tǒng)安全與維護(hù)策略未來發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)目錄CATALOGUE202322024/3/27PART01操作系統(tǒng)概述2023REPORTING32024/3/27操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機(jī)軟硬件資源、提供用戶界面以及組織計算機(jī)工作流程的程序集合。操作系統(tǒng)具有處理器管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理等功能，旨在提供一個穩(wěn)定、高效和易用的計算機(jī)運(yùn)行環(huán)境。定義與功能功能定義42024/3/27發(fā)展歷程早期操作系統(tǒng)早期的計算機(jī)沒有操作系統(tǒng)，用戶直接操作硬件。隨著計算機(jī)的發(fā)展，出現(xiàn)了批處理操作系統(tǒng)，解決了作業(yè)自動轉(zhuǎn)換的問題。分時操作系統(tǒng)20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)，允許多個用戶同時使用一臺計算機(jī)，提高了計算機(jī)的利用率。實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)能夠在確定的時間內(nèi)對外部事件作出響應(yīng)，適用于對時間要求嚴(yán)格的場合，如工業(yè)控制、航空航天等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了計算機(jī)之間的資源共享和協(xié)同工作。52024/3/27操作系統(tǒng)通過提供圖形化界面和命令行界面等方式，使用戶能夠方便地與計算機(jī)進(jìn)行交互。提供友好的用戶界面操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理和分配計算機(jī)的處理器、內(nèi)存、外存、輸入輸出設(shè)備等資源，確保各程序能夠高效、協(xié)調(diào)地運(yùn)行。管理計算機(jī)軟硬件資源操作系統(tǒng)通過訪問控制、加密等手段保障計算機(jī)系統(tǒng)的安全性，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和數(shù)據(jù)泄露。保障系統(tǒng)安全現(xiàn)代操作系統(tǒng)支持多用戶和多任務(wù)處理，允許多個用戶同時使用計算機(jī)，并能夠在不同任務(wù)之間快速切換。支持多用戶和多任務(wù)處理重要性62024/3/27PART02操作系統(tǒng)核心組件2023REPORTING72024/3/27內(nèi)核負(fù)責(zé)創(chuàng)建、銷毀、調(diào)度和管理進(jìn)程。它提供了進(jìn)程間通信（IPC）機(jī)制，如管道、消息隊列、信號和共享內(nèi)存等。進(jìn)程管理內(nèi)核負(fù)責(zé)分配和管理物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存。它提供了內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，確保每個進(jìn)程在其獨(dú)立的地址空間中運(yùn)行，防止進(jìn)程間相互干擾。內(nèi)存管理內(nèi)核與硬件交互以存儲和檢索文件。它提供了統(tǒng)一的文件訪問接口，使得應(yīng)用程序可以方便地讀寫文件。文件系統(tǒng)內(nèi)核82024/3/27系統(tǒng)調(diào)用接口系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)提供了一組系統(tǒng)調(diào)用接口，允許應(yīng)用程序請求內(nèi)核服務(wù)。這些服務(wù)包括文件操作、進(jìn)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信等。庫函數(shù)為了方便程序員使用系統(tǒng)調(diào)用，操作系統(tǒng)還提供了一組庫函數(shù)。這些庫函數(shù)封裝了系統(tǒng)調(diào)用的復(fù)雜性，使得程序員可以更加簡單地編寫應(yīng)用程序。92024/3/27進(jìn)程創(chuàng)建與終止操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)創(chuàng)建新進(jìn)程和終止已完成或出錯的進(jìn)程。這涉及到分配和回收資源，如內(nèi)存、文件描述符等。進(jìn)程調(diào)度操作系統(tǒng)通過進(jìn)程調(diào)度算法決定哪個進(jìn)程應(yīng)該獲得CPU使用權(quán)。調(diào)度算法需要平衡各種因素，如CPU利用率、響應(yīng)時間、公平性等。進(jìn)程管理102024/3/27內(nèi)存分配與回收操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)為進(jìn)程分配內(nèi)存空間，并在進(jìn)程結(jié)束時回收這些空間。這涉及到內(nèi)存分配算法和垃圾收集機(jī)制。內(nèi)存保護(hù)操作系統(tǒng)確保每個進(jìn)程在其獨(dú)立的地址空間中運(yùn)行，防止一個進(jìn)程訪問另一個進(jìn)程的內(nèi)存空間或操作系統(tǒng)內(nèi)核空間。這通過硬件支持和軟件機(jī)制共同實現(xiàn)。內(nèi)存管理112024/3/27PART03操作系統(tǒng)類型與特點(diǎn)2023REPORTING122024/3/27用戶脫機(jī)使用計算機(jī)。用戶提交作業(yè)之后直到獲得結(jié)果之前就不再和計算機(jī)打交道。作業(yè)提交的方式可以是直接交給計算中心的管理操作人員，也可以是通過遠(yuǎn)程通訊線路提交。提交的作業(yè)由系統(tǒng)外存收容成為后備作業(yè)。成批處理。操作員把用戶提交的作業(yè)分批進(jìn)行處理。每批中的作業(yè)將由操作系統(tǒng)或監(jiān)督程序負(fù)責(zé)作業(yè)間或作業(yè)內(nèi)的自動調(diào)度。一般總是按：先到先服務(wù)，或優(yōu)先數(shù)高的先服務(wù)的原則選取作業(yè)運(yùn)行。此外為了均衡地使用資源，對具有類似計算量的作業(yè)應(yīng)盡可能同時裝入到系統(tǒng)中使用各種資源。當(dāng)該批作業(yè)運(yùn)行結(jié)束或發(fā)生異常情況時，操作員才介入作業(yè)的控制干預(yù)，進(jìn)行下一批作業(yè)的裝入和處理。多道程序運(yùn)行。按多道程序設(shè)計的調(diào)度原則，從一批后備作業(yè)中選取多道作業(yè)調(diào)入內(nèi)存并組織它們運(yùn)行，成為多道批處理。批處理操作系統(tǒng)132024/3/27影響響應(yīng)時間的因素終端數(shù)目多少、時間片的大小、信息交換量、信息交換速度。及時性用戶在短時間內(nèi)可得到系統(tǒng)的及時回答。獨(dú)立性用戶可彼此獨(dú)立操作，互不干擾，互不混淆。交互性用戶與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對話。多路性多用戶同時在各自終端上使用同一CPU。分時操作系統(tǒng)142024/3/27當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應(yīng)，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。實時任務(wù)類型：周期性實時任務(wù)，非周期性實時任務(wù)（包括：①非周期性重要任務(wù)②非周期性非重要任務(wù)）。實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較：（1）多路性：實時控制系統(tǒng)多路性主要表現(xiàn)在經(jīng)常對多路的現(xiàn)場信息進(jìn)行采集以及對多個對象或多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。（2）獨(dú)立性：實時信息處理系統(tǒng)與分時系統(tǒng)一樣具有獨(dú)立性。（3）交互性：實施控制系統(tǒng)中，人機(jī)交互作用僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。（4）可靠性：分時系統(tǒng)要求系統(tǒng)可靠。相比之下，實時系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。（5）及時性：實時信息系統(tǒng)對實時性的要求與分時系統(tǒng)類似，都是以人所能接受的等待時間來確定；而實時控制系統(tǒng)的及時性，是以控制對象所要求的開始截止時間或完成截止時間來確定的，一般為秒級到毫秒級，甚至有的要低于100微妙。實時操作系統(tǒng)152024/3/27VS網(wǎng)絡(luò)通信、資源管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理、互操作能力（注：網(wǎng)絡(luò)OS與分布式OS的區(qū)別主要是在處理“并發(fā)性”上做文章）。網(wǎng)絡(luò)OS特點(diǎn)A.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個互相關(guān)連的“自治計算機(jī)”的集合；B.在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中“進(jìn)程”之間的通信必須通過“通信協(xié)議”來實現(xiàn)；C.網(wǎng)絡(luò)用戶的應(yīng)用程序通過各自機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)接口用通信協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請求或命令；D.公用數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)軟件都必須預(yù)先配置在服務(wù)器或主機(jī)上；E.網(wǎng)絡(luò)OS還負(fù)責(zé)管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的共享硬件和軟件資源。網(wǎng)絡(luò)OS功能網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)162024/3/27PART04常見操作系統(tǒng)介紹及比較2023REPORTING172024/3/27優(yōu)點(diǎn)界面圖形化、多用戶、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持良好、出色的多媒體功能、硬件支持良好、眾多的應(yīng)用程序等。缺點(diǎn)系統(tǒng)更新頻繁且不穩(wěn)定、安全性較差、容易受到病毒和惡意軟件的攻擊、對硬件要求較高。Windows系列182024/3/27開源免費(fèi)、穩(wěn)定性高、安全性好、可定制性強(qiáng)、跨平臺兼容性好等。優(yōu)點(diǎn)圖形界面不夠友好、軟件生態(tài)相對較差、學(xué)習(xí)曲線較陡峭。缺點(diǎn)Linux系列192024/3/27穩(wěn)定性高、性能出色、界面設(shè)計優(yōu)美、多媒體功能強(qiáng)大、與iOS設(shè)備無縫連接等。價格昂貴、軟件生態(tài)相對封閉、對硬件要求較高。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)macOS系列202024/3/27移動端操作系統(tǒng)（iOS和Android）便攜性強(qiáng)、用戶界面友好、應(yīng)用程序豐富多樣、與云服務(wù)緊密結(jié)合等。優(yōu)點(diǎn)安全性相對較差（尤其是Android）、容易受到惡意軟件的攻擊、對硬件要求較高（尤其是iOS）。缺點(diǎn)212024/3/27PART05操作系統(tǒng)安全與維護(hù)策略2023REPORTING222024/3/27惡意軟件與病毒01操作系統(tǒng)可能面臨各種惡意軟件的攻擊，如病毒、蠕蟲和特洛伊木馬等，這些軟件會破壞系統(tǒng)數(shù)據(jù)、竊取個人信息或占用系統(tǒng)資源。網(wǎng)絡(luò)攻擊02黑客利用漏洞對操作系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊，如拒絕服務(wù)攻擊、中間人攻擊等，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或數(shù)據(jù)泄露。用戶權(quán)限與身份管理03操作系統(tǒng)需要管理不同用戶的權(quán)限和身份，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和數(shù)據(jù)泄露。安全性問題與挑戰(zhàn)232024/3/27通過用戶名和密碼等方式驗證用戶身份，確保只有授權(quán)用戶能夠訪問系統(tǒng)。用戶認(rèn)證訪問權(quán)限控制審計與監(jiān)控根據(jù)用戶角色和職責(zé)分配不同的訪問權(quán)限，限制用戶對系統(tǒng)資源的訪問和操作。記錄用戶對系統(tǒng)的操作日志，以便在發(fā)生安全事件時進(jìn)行追蹤和分析。030201訪問控制機(jī)制242024/3/27及時獲取并安裝操作系統(tǒng)的安全補(bǔ)丁，修復(fù)已知漏洞，提高系統(tǒng)安全性。安全補(bǔ)丁管理定期更新操作系統(tǒng)版本和應(yīng)用程序，確保系統(tǒng)使用最新的安全功能和性能改進(jìn)。更新與升級策略定期對操作系統(tǒng)進(jìn)行漏洞評估和滲透測試，發(fā)現(xiàn)潛在的安全風(fēng)險并及時處理。漏洞評估與測試漏洞修補(bǔ)與更新策略252024/3/27PART06未來發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)2023REPORTING262024/3/27云計算改變了資源管理和分配方式云計算通過虛擬化技術(shù)將物理資源抽象為邏輯資源，實現(xiàn)了資源的動態(tài)管理和按需分配，提高了資源利用率。虛擬化技術(shù)推動操作系統(tǒng)發(fā)展虛擬化技術(shù)使得同一物理服務(wù)器上可以運(yùn)行多個虛擬機(jī)，每個虛擬機(jī)可以運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，從而提高了服務(wù)器的利用率和靈活性。容器化技術(shù)成為新趨勢容器化技術(shù)是一種輕量級的虛擬化技術(shù)，它可以在操作系統(tǒng)層面上實現(xiàn)應(yīng)用程序的隔離和運(yùn)行，提高了應(yīng)用程序的部署效率和可移植性。云計算與虛擬化技術(shù)影響272024/3/27通過人工智能技術(shù)，操作系統(tǒng)可以實現(xiàn)對系統(tǒng)資源的智能管理和優(yōu)化，提高資源利用率和系統(tǒng)性能。智能資源管理利用人工智能技術(shù)，操作系統(tǒng)可以實現(xiàn)對任務(wù)的智能調(diào)度和優(yōu)化，提高任務(wù)執(zhí)行效率和系統(tǒng)吞吐量。智能任務(wù)調(diào)度借助人工智能技術(shù)，操作系統(tǒng)可以實現(xiàn)對惡意軟件和網(wǎng)絡(luò)攻擊的智能識別和防御，提高系統(tǒng)安全性。智能安全防護(hù)人工智能技術(shù)在操作系統(tǒng)中應(yīng)用前景282024/3/27實時性和可靠性物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用