第七章操作系统的发展和安全

第7章

操作系统的发展和安全

本章内容提要操作系统发展的动力现代操作系统的发展系统的安全性系统性能评价7.1现代操作系统发展概述7.1.1推动操作系统发展的动力1．硬件技术更新伴随计算机器件的更新换代——从电子管到晶体管、集成电路、大规模集成电路，直至当今的超大规模集成电路，计算机系统的性能得到快速提高，也促使操作系统的性能和结构有了显著提高。2．应用需求扩大应用需求促进了计算机技术的发展，也促进了操作系统的不断更新升级。7.1.2现代操作系统的发展个人机操作系统现在流行的个人机运行着两类个人机操作系统——单用户操作系统和多用户操作系统。⑴单用户操作系统这类系统具有以下4个特征：

●个人使用●界面友好●管理方便●适于普及⑵多用户操作系统多用户系统除了具有界面友好、管理方便和适于普及（尤其对SCOUNIX和Linux）等特征外，还具有多用户使用、可移植性良好、功能强大、通信能力强等优点。2.网络操作系统

⑴计算机网络的特征

●分布性●自治性●互连性●可见性计算机网络示意图⑵网络操作系统计算机网络要有一个网络操作系统对整个网络实施管理，并为用户提供统一的、方便的网络接口。网络操作系统一般建立在各个主机的本地操作系统基础之上

▲网络操作系统的任务（或功能）应有以下四个方面：①网络通信②资源管理③网络服务④网络管理3.嵌入式操作系统⑴嵌入式系统概念

●它不以独立的物理设备的形态出现，即它没有一个统一的外观，它的部件根据主体设备及应用的需要嵌入在该设备的内部，发挥着运算、处理、存储及控制等作用。

●从体系结构上看，嵌入式系统主要由嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式软件组成。嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。⑵嵌入式软件系统的体系结构⑶嵌入式操作系统

▲它同样具有操作系统在进程管理、存储管理、设备管理、处理器管理和输入/输出管理等方面的基本功能。▲其最大特点就是可定制性，即能够提供对内核进行配置或剪裁等功能，可以根据应用需要有选择地提供或不提供某些功能，以减少系统开销。

★可以从不同的角度对它们进行分类

从应用领域角度从应用范围角度从实时性角度4.多处理器系统⑴多处理器系统概念对称多处理系统结构●最常用的多处理器系统是对称多处理（SMP）系统

有些系统采用非对称多处理器（ASMP）系统▲多处理器系统的优点主要有如下三点：

◎增加吞吐量◎提高性能/价格比◎提高可靠性⑵多处理器操作系统多处理器系统中并行性是核心问题★并行处理带来的新问题各处理器任务的分派和调度；处理器间的通信管理；处理器失效的检测、诊断和校正；并行进程对共享数据存取时的保护等。多处理器操作系统可以有多种组织形式，但基本上有三种结构，即主-从结构、对称结构和非对称结构。

5.分布式系统⑴分布式系统的特征

●分布性●自治性●并行性●全局性⑵分布式操作系统分布式操作系统是配置在分布式系统上的共用操作系统。分布式操作系统实施系统整体控制，对分布在各节点上的资源进行统一管理，并且支持对远程进程的通信协议。它有如下三个基本功能:

▲进程管理▲通信管理▲资源管理⑶分布式操作系统的特点

▲透明性▲灵活性▲可靠性▲高性能▲可扩充性⑷四种多机系统的比较多机系统包括四种类型：多处理器系统（MultiprocessorSystems），多计算机系统（MulticomputerSystems），网络系统（NetworkSystems），分布式系统（DistributedSystems）。7.云计算（Cloudcomputing）系统它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务，从而使得超级计算能力能通过互联网实现自由流通，这种资源池称为“云”。云计算示意图云计算(CloudComputing)是分布式处理(DistributedComputing)、并行处理(ParallelComputing)和网格计算(GridComputing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。云计算具有以下特点：(1)超大规模(2)虚拟化(3)高可靠性(4)通用性(5)高可扩展性(6)按需服务(7)极其廉价▲更多人却抱以观望的态度。这种谨慎来自于对安全问题的考虑。8.操作翼系统利发展斜展望设计叠一个溉操作缝系统锦比设杰计一露个应埋用程扔序要倡困难症得多煌，其拔主要陶原因汗有以勉下几围方面经：程垮序量浸庞大朱、复敌杂；萄必须歉处理熔并发杏；既岗要阻筋止怀句有敌舟意的洋用户钩，又椒要与胁伙伴跌共享投信息筒和资势源；共必须睬预测疑未来询硬件兴和应穴用程历序的统变化抛；提绢供系膨统的贞通用生性；缓系统吧的可壮移植仙性和税向后抓兼容源性等劈燕。未来振操作港系统葬大致赞应具雄有以轨下新顽的特互征：①更隶强的耍分布倦式处膛理能蜜力②更剪高的亲安全亡性和障可靠每性③符戴合开巧放式摆模型④更测方便错的用注户界勇面7.母2系统辱安全释性7.矛2.获1信息偷安全吴问题信息宫安全腹涉及豪众多害方面继，主充要包蝇括计劝算机剖安全贯和网弄络安医全。“安岁全性长（Se归cu锄ri莲ty）”仪和“璃保护项（Pr尼ot烛ec狠ti玩on）”1．对躁安全猜的威线胁从安怕全的谎角度隆出发雨，计脂算机展系统赚有三派个总衡目标斯，也黑恰好路对应轧三种数威胁悠。这挡三个怜总目方标是:①数据惜保密油所关将注的轿问题纷是为抬保密念数据牢保守伙秘密。②数据晌完整尘性表顾示在粗未经皂主人谎许可姨的情鸽况下五，未盖授权羽用户词不能太修改策任何陷数据添。③系统垒可用舰性意梢味着蓬任何市人不夏能干键扰系怒统的刻正常扛工作嫁。2．对羞安全献的攻荡击■非法至入侵际包括顿两种盟类型船：被么动入荷侵者怕和主泻动入疑侵者栽。■入侵款者通吓常分贡为以田下4种类略型：①撒非技屡术用天户偶挪然探狗听②游内部羊人员庆窥探③做窃取阅钱财④铸商业恭或军隐事间水谍■另一随类安特全灾台害是胜病毒惹（Vi厚ru技s）病毒歪是一惩段程回序，酿它可惩以复寨制自胡身，朝通常室都具正有破腿坏性邻。3．偶泊然数充据丢撞失■造成优数据身丢失涂的原辣因有椒如下画三类狸：①自哄然灾扇害②硬前件或亡软件万出错③人烈为故清障安全纺环境7.膊2.米2一般缩慧性安体全机淹制1.安全腔措施①物理苹层②人员妖层③网络眼层④操作地系统配层2.一般籍性安技全机曾制国际恭标准尽化组矛织IS联O对开顷放系肾统互孩连（OS肯I）的控安全施体系贿结构司制定于了基坝本参冒考模害型（IS术O挠74驱98捷-2）。湿模型胀提供房诚了如励下5种安织全服香务：①像认证师（Au累th呆en比ti脱ca岛ti庄on）②购访问涂控制践（Ac旺ce五ss别C告on氏tr码ol）③驴数据现保密蔽（Da换ta洞C兔on甲fi铲de俩nt沿ia川li缓ty）④染数据站完整队性（Da裕ta饮I蛾nt英eg酷ri宵ty）⑤各抗否坟认（No祸n-漠re素pu朋di手at件io食n）■一般句性安唤全机券制1．身刚份鉴宜别2．访犁问控或制3．数福据加虽密4．数阔据完镇整性5．数海字签执名6．防猎重发7．审馒计机四制7.艘2.糟3保护汗机制保护躺是一帮种机早制，姑它控掀制程退序、老进程费或用衰户对男计算冻机系谋统资姜源的滤访问善。这范种机图制必咸须提找供声陆明各工种控北制的当方法滔及某仙些执困行手多段。1.保护玻域计算招机系洲统是屡进程肯和对摄象的寨集合起体。“对害象”蛇既可叮以是锋硬件腰对象学，也妄可以兼是软姜件对短象。茶从本孔质上亡讲，菌对象吩是抽及象的滥数据炼类型啦。能够神执行国的操烦作取填决于渔对象录。进程悼只能膝访问替被授名权使损用的插资源,遵循节“需奋者方价知（ne滨ed最-t鱼o-键kn理ow）”搂原则嗓。⑴域夸结构域是<对象饥，权毯限>对的矿集合边，每症个对匙标记刮一个特对象颠和一笛个可感执行畜操作赵的子登集，葛允许砖执行项的操浑作称秘做权限。例如郊，域D定义佩为<f严il月e加F,董{疾r丘ea夏d立,陕wr棕it奏e鸭}>，那堵么在垫域D上执篮行的叮进程喉对文盈件F可读境可写士，除渠此之雨外，贡它不面能对F执行叛任何觉其他慕操作王。有三画个保尸护域厕的系禁统示酿例进程肌和域亲之间犹的联录系可终以是敞静态本联系寸或动深态联泡系。进程堵在运抚行的恳不同券阶段买对资负源的矿使用烤方式凭不同厌。▲域可功以用如以下烈多种玻方式床实现睛：①每个贞用户西可以张是一壶个域疮。②每个俗进程其可以他是一沈个域遵。③每个方过程蓬可以类是一陵个域纽奉。⑵UN铜IX保护洞域利用失由<U止ID户,恳GI帅D>组成骑的对企，建安立一怕张包逃括所陶有对筝象（挖文件堪，包美括表现示I/稀O设备脱的特遭别文呜件等含）的浮完整滑的访最问表剪，并希列出浇这些畅对象浆是否乎可以光读、亭写或锈执行易。域结嗽构⑶存急取矩授阵把对佳象与铃域的裂对应谋关系轨抽象斥地想员象为距一个奥矩阵宿，矩缘瑞阵的爷行表挡示域丛，列岔表示主对象晃，每舟个方竿块列看出其故权限仙。存取松矩阵愁示意弃图把域警作为灯对象辈的存和取矩剂阵示择意图2．括存取脸控制妹表按列角存储哥技术允中，咳每个汗对象悔与一徒个有惹序表育关联嫁，其碍中列红出可攻以访桶问该抵对象碑的所惑有域诱以及秃怎样独访问角。这盗张表糊称做秒存取阵控制役表（Ac栽ce泛ss酸C伐on绵tr艘ol晶L冬is翻t,浩A欣CL）。使用顶存取绍控制林表管仙理文斩件的狭存取扎示意行图3.权限对存岩取矩妹阵按遍行分划割是缝实施痕简化港的另轰一种免方法很。采偷用这月种方拳法时凑，对园每个坛进程岂都赋刑予一俊张它躁能够渗访问败的对厉象表埋，以跨及每稀个对胜象允捉许进亿行的聋操作注（域旁），票该表布称做画权力案表（Ca郑pa健bi事li显ty久L章is白t），坛其中愈每一换项称鄙做权汤力。进程扮及其养权力男表示德例▲常见响的保顷护权唤力表莫的方面法有疑以下盏三种邮：①为每币个内漠存字岩设置愉一个榴额外膏（特棕征）黑位②芹在操贡作系礼统内裤部保比存权脉力表末。③精在用息户空树间中冠保存像权力皆表，讨但是炮管理毅权力蜂采用资加密著形式旧，用纺户不拳能随葵意改总动它德们。●存取郑控制祥表和显权力必表方躺式各香有长瞎处和携不足皮：①钱权力梦表的悄效率贼很高桑；对佛于存笼取控缘瑞制表AC跪L，必予须进颗行搜还索，孔这可弹能要良花较魔长时葬间。②AC稠L允许圾有选联择地芒撤销枕权限鼓，而纲权力板表方膏式则估不行壤。③衰如果胆一个注对象激被删宜除，你但其监权力陶未被狗删除紫，或受者权寨力被言删除劈燕而对蒙象未苦被删撒除，诱都会惧产生追问题匙。采愚用存芽取控债制表AC圆L方式石不会相出现背此类身问题页。权力7.懂3系统吐性能催评价计算跃机系白统是笨软件卸、硬向件及己各种那资料葱的集耀合体胁，如洞何对命它进掀行更宫科学忘、更溉可行乘的评僵价是改很复因杂的暗问题荣。1.性能变评价肯的目吉的★选择仆评价——购买衣者的愁评价★性能只规划——估计稠尚未策存在看的系干统的秤性能★性能旺监视——系统蓄维护朗者的哑评价▲性能雕评价衫通常份是与谊成本宪分析惧综合纵进行识的。▲由于桌系统诊的用忍途、爆使用计环境撒、体融系配走置及煮价格席等因亿素的获不同流，其侵评价榨标准协也就艇不同鼓。但拳可以箩按照贯系统辈规模泪、用梁途等隐项指惕标把经它们秧分成革不同耽的类仁别和钱档次波，对始属于打同一绣类别该、档真次的椒系统厅可以疮按统尸一的学标准侨去测炉量、苹评价灰。2.性能址评价锄指标系统嫂性能廉指标辱有两礼类：呜可靠伞性和伍工作我能力厕。⑴可饿靠性计算色机系挽统的龟可靠啊性是雹指在恼规定糖的条浩件下芳和规劲定的唱时间睡内计权算机括系统某能正妻确运施行的戏概率明。▲一般息判断液系统艰正确祝运行游的标折准是:①出现宾故障居时，房诚程序拣不被筒破坏煎或停材止;②运行议结果酬不包纽奉含由丹故障安所引潜起的灵错误农；③执庸行时谁间不型超过刑一定滨的限烘度；④程崇序运喝行在肌允许渡的领卧域内袖。●与计响算机义系统麦可靠商性密怨切相悦关的探还有剃系统扎的可感维护坐性和冶可用统性。⑵工时作能涂力工作泰能力膜是指职在正死常工扯作状壤态下省系统路所具匆有的瓶能力雅。●常用慌的工应作能曲力指川标包案括以补下方肌面：①指启令执杆行速弊度。②吞律吐量倦。③工集作负馋载。④响魔应特扯性。⑤利伯用率胡。还有康很多陷指标双是无骑法度剂量的泊，如也易使勿用性铲、易爹维护车性等购。3.性能捡评价械技术①测肥量技盾术实施乘测量圣时，支测试站人员分通过毙测试域设备老向被谅测设遮备输视入一搁组测果试信韵息并盘收集吉被测溉设备药的原拜始输吗出，兴然后仔进行狂选择伞、处催理、友记录谁、分忆析和黎综合都，并池且解眯释相谣应结姨果。测量虚工具学分硬萌件工湾具和恰软件线工具芒两类朋。②模貌拟技附术在系周统的阴设计贝、优略化、铃验证代和改顺进（泄如功支能升绩级）够过程落中，爸当遇遮到不邮可能竭或不惕便于错采用使测量居方法挑和分缺析方耳法的惑情况有，可侵以构快造模滔拟模抢型来尤近似视目标幸系统代，进谦而间陕接了城解目及标系誓统的扯特性醉。模拟拳模型牧采用绵程序构语言让描述竹。③分灭析技牲术分析楚技术垮可为华计算泉机系绝统建佛立一哑种用悄数学景方程采式表薄示的愚模型前，进魔而在至给定悄输入北条件素下通恩过计柱算获馋得目捏标系跨统的营性能视特性吨。计算饭机系石统的每分析乖模型摔一般茅是某两种网劈燕