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.多处魔理器或系统⑴多鞭处理银器系匆统概浮念对称仆多处堡理系甘统结麦构●最常忧用的捕多处剪理器裳系统史是对捕称多膨处理竟（SM碎P）系婶统有些瞎系统阳采用品非对乐称多典处理滴器（AS续MP）系稀统▲多处惑理器亡系统讯的优紫点主涌要有镇如下降三点嘴：◎增加刊吞吐筑量◎提高箱性能/价格纤比◎提高爆可靠煮性⑵多取处理过器操李作系马统多处粒理器盯系统养中并村行性饱是核樱心问跪题★并行他处理驱带来章的新浪问题各处赞理器轻任务超的分莫派和值调度芝；处理聚器间讯的通浅信管勒理；处理映器失闭效的广检测孤、诊疏断和服校正弦；并行鸭进程训对共今享数寒据存报取时勤的保因护等校。多处渠理器框操作饭系统卵可以见有多叨种组杀织形昌式，趣但基怖本上坦有三喂种结诱构，妇即主-从结头构、她对称习结构雪和非疑对称亲结构眉。5.分布锋式系船统⑴分柏布式够系统降的特煤征●分布费性●自治匪性●并行扭性●全局府性⑵分奥布式湿操作记系统分布诸式操饮作系应统是哗配置押在分赖布式戒系统掘上的打共用零操作篮系统恰。分布嫁式操嚷作系境统实肠施系略统整编体控渗制，秧对分吃布在介各节农点上吼的资堆源进垂行统茄一管炸理，绒并且扮支持恒对远弯程进病程的娘通信括协议陪。它有坚如下熄三个刻基本皆功能:▲进程献管理▲通信估管理▲资源蹄管理⑶分置布式述操作绳系统扶的特枪点▲透明怠性▲灵活遣性▲可靠揉性▲高性做能▲可扩范充性⑷四答种多侵机系孝统的箱比较多机舌系统包括暖四种踪蝶类型势：多革处理苦器系垮统（Mu臭lt载ip窝ro耽ce摇ss概or踩S色ys蓄te疫ms），剃多计曾算机慢系统伤（Mu习lt丛ic钓om迎pu战te酷r唯Sy属st阿em狼s），愈网络芬系统齿（Ne老tw劲or坚k鸡Sy咳st犯em苍s），萝分布予式系到统（Di刚st呈ri铺bu块te景d颜Sy通st午em会s）。7.云计阻算（Cl础ou严d挽co现mp毁ut矮in浓g）系父统它将违计算炸任务授分布杜在大逼量计注算机阶构成凑的资揉源池猜上，校各种笔应用慢系统驻能够怕根据俗需要阔获取州计算符力、群存储崭空间腰和各绒种软亏件服福务，胁从而流使得跳超级宋计算伍能力控能通也过互层联网走实现候自由百流通章，这漠种资离源池交称为童“云宇”。云计呈算示陕意图云计临算(C惹lo卵ud歼C象om桑pu岩ti秆ng昌)是分叙布式破处理(D通is效tr巴ib碧ut遇ed毅C忙om落pu世ti伸ng忘)、并乌行处尖理(P书ar践al勇le松l算Co逼mp唱ut搂in腐g)和网叛格计沃算(G考ri鞋d禽Co利mp以ut童in把g)的发缺展，代或者嗽说是墓这些腥计算径机科切学概匀念的裂商业岁实现担。云计诸算具葛有以爆下特疯点：(1冈)超大能规模(2桐)虚拟家化(3竭)高可符靠性(4吐)通用由性(5无)高可绞扩展悟性(6避)按需琴服务(7仗)极其幻玉廉价▲更多话人却盐抱以草观望浇的态盆度。桐这种钱谨慎解来自浊于对行安全守问题维的考干虑。8.操作宵系统红发展蜜展望设计弟一个汤操作漫系统鉴比设劲计一期个应盲用程捷序要击困难脊得多肉，其兽主要性原因眼有以态下几敲方面馋：程乡丰序量卷庞大蝴、复臂杂；许必须遣处理目并发授；既躁要阻浅止怀透有敌文意的效用户何，又优要与捉伙伴肌共享巷信息匀和资厦源；性必须税预测虚未来身硬件音和应蛾用程碗序的闲变化极；提雄供系桶统的吹通用芳性；工系统吼的可蚁移植矩性和姐向后甩兼容纯性等蓄。未来抢操作字系统匙大致秆应具折有以莫下新塘的特音征：①更刊强的另分布谁式处幼理能默力②更拼高的盲安全千性和未可靠庸性③符浊合开定放式氧模型④更震方便邻的用计户界夫面7.盗2系统汤安全央性7.映2.每1信息橡安全根问题信息登安全裳涉及竞众多叼方面互，主浇要包摇括计面算机吊安全掠和网迎络安择全。“安疲全性泪（Se销cu滥ri脉ty）”琴和“尸保护偿（Pr胡ot玻ec灶ti超on）”1．对吐安全级的威蠢胁从安府全的孤角度鄙出发降，计虑算机孤系统妄有三伐个总耀目标联，也牛恰好上对应吐三种朋威胁摆。这缠三个涛总目若标是:①数据宏保密挑所关罗注的加问题闭是为或保密滔数据户保守称秘密。②数据豪完整御性表茄示在灰未经秤主人烈许可跨的情航况下息，未刚授权薯用户朱不能距修改患任何婆数据京。③系统驰可用挎性意冒味着悟任何渡人不星能干璃扰系榨统的买正常间工作民。2．对闸安全亲的攻种击■非法疾入侵苍包括值两种尘类型竖：被偿动入饭侵者浮和主浊动入穴侵者啊。■入侵免者通肺常分擦为以剧下4种类轰型：①细非技疮术用鹿户偶葛然探怨听②漏内部秩人员喂窥探③册窃取挣钱财④喘商业骑或军陵事间寄谍■另一维类安音全灾小害是摧病毒类（Vi奏ru塔s）病毒秃是一霸段程朱序，婆它可嗽以复属制自站身，够通常门都具进有破丽坏性把。3．偶柄然数医据丢窑失■造成宇数据速丢失班的原旧因有贼如下洪三类热：①自怀然灾朴害②硬剥件或桑软件弹出错③人饭为故传障安全疯环境7.鹅2.年2一般裂性安找全机占制1.安全都措施①物理智层②人员件层③网络遇层④操作在系统中层2.一般稍性安导全机另制国际尿标准载化组绿织IS购O对开者放系箱统互节连（OS头I）的援安全钓体系碌结构阀制定剃了基蚂本参蓝考模喊型（IS矮O慎74南98盗-2）。牵模型获提供屑了如遇下5种安症全服旅务：①证认证究（Au请th途en咐ti拦ca君ti绕on）②愁访问裙控制必（Ac成ce幼ss苍C竞on惜tr罗ol）③炊数据心保密岛（Da部ta锹C确on庙fi援de顽nt脑ia结li喇ty）④现数据杆完整布性（Da读ta四I吃nt厉eg灶ri饥ty）⑤蝇抗否淹认（No鄙n-娘re惠pu黄di公at释io滑n）■一般运性安暴全机慈制1．身臭份鉴禾别2．访耕问控罪制3．数姜据加搅密4．数升据完浮整性5．数奸字签雷名6．防熊重发7．审殖计机姻制7.戒2.宪3保护证机制保护兴是一负种机忆制，薪它控松制程轮序、趁进程券或用剑户对容计算牙机系核统资汇源的亿访问测。这捞种机这制必处须提锡供声限明各亦种控村制的点方法住及某就些执蜜行手德段。1.保护诞域计算暗机系训统是夫进程兴和对露象的瘦集合彻体。“对控象”欺既可裹以是析硬件送对象杠，也激可以窃是软得件对耻象。柔从本申质上鸦讲，廉对象掌是抽妥象的沃数据罗类型读。能够珍执行滥的操举作取犁决于轿对象岔。进程煮只能捉访问垃被授饼权使感用的距资源,遵循独“需请者方剧知（ne吊ed宰-t取o-抓kn妈ow）”发原则长。⑴域滔结构域是<对象智，权忧限>对的涂集合佣，每蝴个对删标记旷一个痕对象济和一柿个可晕执行尿操作介的子贯集，志允许哈执行听的操较作称课做权限。例如孝，域D定义刚为<f群il变e招F,让{科r改ea被d付,补wr饼it脑e可}>，那惧么在翁域D上执捏行的搁进程痰对文帆件F可读顿可写脸，除冠此之签外，占它不腿能对F执行方任何照其他般操作菌。有三土个保通护域僻的系喉统示混例进程庙和域巡寿之间鱼的联厦系可贿以是熄静态术联系葬或动歉态联惹系。进程纳在运孟行的责不同坦阶段严对资载源的紧使用畅方式喷不同鉴。▲域可脂以用具以下街多种各方式采实现正：①每个泥用户凳可以刮是一眠个域警。②每个隶进程血可以等是一挪个域救。③每个隐过程尖可以殊是一词个域衔。⑵UN粉IX保护么域利用资由<U俭ID蹈,病GI盘D>组成层的对企，建吩立一距张包博括所比有对泻象（乒文件滨，包还括表僻示I/虚O设备言的特显别文钉件等昂）的造完整尝的访闸问表念，并致列出惜这些陷对象枣是否伐可以愿读、贷写或屑执行孝。域结掘构⑶存悟取矩婚阵把对州象与呜域的仍对应抗关系眨抽象颈地想厕象为泉一个糊矩阵霞，矩轿阵的料行表命示域舅，列唐表示句对象佩，每蓬个方材块列肆出其这权限绒。存取座矩阵坑示意航图把域庙作为顽对象茶的存禾取矩碌阵示萍意图2．驴存取惜控制企表按列屯存储古技术门中，拌每个灭对象忆与一帆个有灭序表怎关联隙，其普中列畏出可镰以访敢问该步对象苦的所纽奉有域傅以及榨怎样跃访问潜。这赌张表怜称做碎存取预控制杂表（Ac团ce烘ss滨C拥on羊tr奴ol嫁L壶is阶t,漏A风CL）。使用农存取震控制曾表管液理文惠件的晚存取够示意陷图3.权限对存筹取矩香阵按逗行分构割是菊实施附简化亩的另炎一种雾方法带。采聪用这论种方忌法时朵，对捡每个府进程享都赋吧予一理张它灾能够预访问处的对遗象表识，以去及每韵个对乒象允居许进骗行的最操作宁（域覆），阶该表缴称做慈权力斑表（Ca倚pa和bi因li扇ty病L死is锦t），胃其中造每一游项称潜做权算力。进程独及其偿权力谅表示形例▲常见家的保说护权况力表男的方蒙法有讽以下色三种痕：①为每队个内圾存字魄设置合一个脊额外雪（特服征）驾位②眼在操专作系婶统内相部保潮存权眨力表授。③做在用篮户空锅间中夹保存梁权力菌表，仗但是毛管理哗权力俯采用妥加密少形式烈，用朴户不苍能随冶意改瘦动它掩们。●存取脏控制鸣表和帐权力温表方修式各感有长浓处和先不足扮：①牧权力痒表的腐效率馒很高冰；对察于存个取控扛制表AC称L，必近须进目行搜冠索，伐这可翅能要蛙花较总长时说间。②AC蛋L允许眼有选俗择地既撤销睡权限刚，而凉权力园表方廉式则惠不行得。③凑如果恩一个睡对象罚被删瓜除，托但其惜权力拼未被置删除哄，或饰者权秒力被怜删除敏而对炒象未惰被删漠除，扯都会羊产生诞问题肃。采吓用存饿取控叶制表AC期L方式笛不会否出现美此类循问题烛。权力7.绝3系统原性能撤评价计算仰机系伞统是赵软件防、硬有件及转各种杠资料扮的集昨合体映，如却何对冰它进欣行更琴科学剑、更抽可行源的评般价是币很复哥杂的趴问题断。1.性能厉评价博的目倾的★选择寨评价——购买机者的跟评价★性能域规划——估计幅尚未秃存在莫的系忆统的洋性能★性能唇监视——系统露维护减者的润评价▲性能介评价凳通常障是与爪成本攀分析肉综合扎进行忍的。▲由于朝系统够的用斑途、医使用腥环境满、体腊系配讲置及财价格办等因桌素的泽不同倘，其警评价培标准伏也就苦不同摸。但渣可以年按照俗系统扑规模背、用熄途等记项指墨标把俭它们劣分成松不同风的类适别和俭档次拴，对旦属于核同一啄类别他、档帐次的细系统态可以闷按统景一的彩标准诞去测侦量、差评价宜。2.性能身评价宪指标系统喂性能飘指标蝇有两祖类：岔可靠谜性和筋工作奸能力完。⑴可斤靠性计算润机系糊统的绘可靠弓性是醒指在狱规定售的条潜件下口和规怒定的千时间组内计誓算机套系统踩能正介确运局行的蛛概率佳。▲一般腔判断惠系统温正确但运行笛的标化准是:①出现育故障答时，傍程序成不被因破坏念或停博止;②运行莫结果升不包迫含由虚故障幕所引躺起的票错误下；③执剂行时务间不此超过泰一定雁的限影度；④程糟序运饼行在帽允许射的领津域内握。●与计括算机队系统婚可靠增性密滴切相虫关的蔽还有斗系统油的可桥维护枪性和赛可用财性。⑵工窄作能铺力工作井能力幼是指联在正凑常工苗作状移态下王系统波所具衣有的网能力见。●常用惜的工贿作能哪力指浴标包俗括以守下方阿面：①指乔令执屿行速鱼度。②吞喇吐量残。③工恳作负帝载。④响泪应特窜性。⑤利康用率护。还有块很多焰指标沾是无控法度哗量的药，如俗易使骗用性剖、易斥维护期性等精。3.性能饶评价御技术①测须量技境术实施饱测量岗时，汗测试打人员饲通过灾测试杆设备乡丰向被闻测设污备输润入一盼组测喂试信长息并掀收集轧被测眯设备畅的原网始输捏出，它然后拜进行掘选择摩、处福理、帝记录月、分闪析和吊综合吩，并贞且解淡释相戏应结金果。测量墨工具达分硬棋件工直具和纽奉软件填工具扎两类徐。②模闸拟技摧术在系敲统的系设计缓、优烧化、冠验证穗和改队进（惭如功津能升垦级）漏过程录中，恰当遇木到不有可能碑或不喷便于冻采用批测量貌方法艳和分截析方寨法的尾情况咳，可愚以构绑造模狡拟模怨型来单近似关目标货系统控，进遮而间胖接了罪解目道标系劝统的贞特性辣。模拟缸模型诱采用冶程序痰语言是描述剑。③分懂析技谜术分析历技术晨可为密计算富机系诸统建揪立一催种用堪数学抱方程耽式表即示的期模型忌，进刻而在臭给定箱输入瘦