什么是操作系统-2024鲜版

什么是操作系统2023REPORTING12024/3/27操作系统概述操作系统核心组件操作系统类型与特点常见操作系统介绍及比较操作系统安全与维护策略未来发展趋势及挑战目录CATALOGUE202322024/3/27PART01操作系统概述2023REPORTING32024/3/27操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、提供用户界面以及组织计算机工作流程的程序集合。操作系统具有处理器管理、内存管理、设备管理、文件管理和作业管理等功能，旨在提供一个稳定、高效和易用的计算机运行环境。定义与功能功能定义42024/3/27发展历程早期操作系统早期的计算机没有操作系统，用户直接操作硬件。随着计算机的发展，出现了批处理操作系统，解决了作业自动转换的问题。分时操作系统20世纪60年代出现了分时操作系统，允许多个用户同时使用一台计算机，提高了计算机的利用率。实时操作系统实时操作系统能够在确定的时间内对外部事件作出响应，适用于对时间要求严格的场合，如工业控制、航空航天等。网络操作系统和分布式操作系统随着计算机网络的发展，出现了网络操作系统和分布式操作系统，实现了计算机之间的资源共享和协同工作。52024/3/27操作系统通过提供图形化界面和命令行界面等方式，使用户能够方便地与计算机进行交互。提供友好的用户界面操作系统负责管理和分配计算机的处理器、内存、外存、输入输出设备等资源，确保各程序能够高效、协调地运行。管理计算机软硬件资源操作系统通过访问控制、加密等手段保障计算机系统的安全性，防止未经授权的访问和数据泄露。保障系统安全现代操作系统支持多用户和多任务处理，允许多个用户同时使用计算机，并能够在不同任务之间快速切换。支持多用户和多任务处理重要性62024/3/27PART02操作系统核心组件2023REPORTING72024/3/27内核负责创建、销毁、调度和管理进程。它提供了进程间通信（IPC）机制，如管道、消息队列、信号和共享内存等。进程管理内核负责分配和管理物理内存和虚拟内存。它提供了内存保护机制，确保每个进程在其独立的地址空间中运行，防止进程间相互干扰。内存管理内核与硬件交互以存储和检索文件。它提供了统一的文件访问接口，使得应用程序可以方便地读写文件。文件系统内核82024/3/27系统调用接口系统调用操作系统提供了一组系统调用接口，允许应用程序请求内核服务。这些服务包括文件操作、进程控制、网络通信等。库函数为了方便程序员使用系统调用，操作系统还提供了一组库函数。这些库函数封装了系统调用的复杂性，使得程序员可以更加简单地编写应用程序。92024/3/27进程创建与终止操作系统负责创建新进程和终止已完成或出错的进程。这涉及到分配和回收资源，如内存、文件描述符等。进程调度操作系统通过进程调度算法决定哪个进程应该获得CPU使用权。调度算法需要平衡各种因素，如CPU利用率、响应时间、公平性等。进程管理102024/3/27内存分配与回收操作系统负责为进程分配内存空间，并在进程结束时回收这些空间。这涉及到内存分配算法和垃圾收集机制。内存保护操作系统确保每个进程在其独立的地址空间中运行，防止一个进程访问另一个进程的内存空间或操作系统内核空间。这通过硬件支持和软件机制共同实现。内存管理112024/3/27PART03操作系统类型与特点2023REPORTING122024/3/27用户脱机使用计算机。用户提交作业之后直到获得结果之前就不再和计算机打交道。作业提交的方式可以是直接交给计算中心的管理操作人员，也可以是通过远程通讯线路提交。提交的作业由系统外存收容成为后备作业。成批处理。操作员把用户提交的作业分批进行处理。每批中的作业将由操作系统或监督程序负责作业间或作业内的自动调度。一般总是按：先到先服务，或优先数高的先服务的原则选取作业运行。此外为了均衡地使用资源，对具有类似计算量的作业应尽可能同时装入到系统中使用各种资源。当该批作业运行结束或发生异常情况时，操作员才介入作业的控制干预，进行下一批作业的装入和处理。多道程序运行。按多道程序设计的调度原则，从一批后备作业中选取多道作业调入内存并组织它们运行，成为多道批处理。批处理操作系统132024/3/27影响响应时间的因素终端数目多少、时间片的大小、信息交换量、信息交换速度。及时性用户在短时间内可得到系统的及时回答。独立性用户可彼此独立操作，互不干扰，互不混淆。交互性用户与系统进行人机对话。多路性多用户同时在各自终端上使用同一CPU。分时操作系统142024/3/27当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应，并控制所有实时任务协调一致地运行。实时任务类型：周期性实时任务，非周期性实时任务（包括：①非周期性重要任务②非周期性非重要任务）。实时系统与分时系统特征的比较：（1）多路性：实时控制系统多路性主要表现在经常对多路的现场信息进行采集以及对多个对象或多个执行机构进行控制。（2）独立性：实时信息处理系统与分时系统一样具有独立性。（3）交互性：实施控制系统中，人机交互作用仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。（4）可靠性：分时系统要求系统可靠。相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。（5）及时性：实时信息系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。实时操作系统152024/3/27VS网络通信、资源管理、网络服务、网络管理、互操作能力（注：网络OS与分布式OS的区别主要是在处理“并发性”上做文章）。网络OS特点A.计算机网络是一个互相关连的“自治计算机”的集合；B.在计算机网络中“进程”之间的通信必须通过“通信协议”来实现；C.网络用户的应用程序通过各自机器的网络接口用通信协议向网络发送请求或命令；D.公用数据和网络软件都必须预先配置在服务器或主机上；E.网络OS还负责管理和维护网络中的共享硬件和软件资源。网络OS功能网络操作系统与分布式操作系统162024/3/27PART04常见操作系统介绍及比较2023REPORTING172024/3/27优点界面图形化、多用户、多任务、网络支持良好、出色的多媒体功能、硬件支持良好、众多的应用程序等。缺点系统更新频繁且不稳定、安全性较差、容易受到病毒和恶意软件的攻击、对硬件要求较高。Windows系列182024/3/27开源免费、稳定性高、安全性好、可定制性强、跨平台兼容性好等。优点图形界面不够友好、软件生态相对较差、学习曲线较陡峭。缺点Linux系列192024/3/27稳定性高、性能出色、界面设计优美、多媒体功能强大、与iOS设备无缝连接等。价格昂贵、软件生态相对封闭、对硬件要求较高。优点缺点macOS系列202024/3/27移动端操作系统（iOS和Android）便携性强、用户界面友好、应用程序丰富多样、与云服务紧密结合等。优点安全性相对较差（尤其是Android）、容易受到恶意软件的攻击、对硬件要求较高（尤其是iOS）。缺点212024/3/27PART05操作系统安全与维护策略2023REPORTING222024/3/27恶意软件与病毒01操作系统可能面临各种恶意软件的攻击，如病毒、蠕虫和特洛伊木马等，这些软件会破坏系统数据、窃取个人信息或占用系统资源。网络攻击02黑客利用漏洞对操作系统进行网络攻击，如拒绝服务攻击、中间人攻击等，导致系统崩溃或数据泄露。用户权限与身份管理03操作系统需要管理不同用户的权限和身份，防止未经授权的访问和数据泄露。安全性问题与挑战232024/3/27通过用户名和密码等方式验证用户身份，确保只有授权用户能够访问系统。用户认证访问权限控制审计与监控根据用户角色和职责分配不同的访问权限，限制用户对系统资源的访问和操作。记录用户对系统的操作日志，以便在发生安全事件时进行追踪和分析。030201访问控制机制242024/3/27及时获取并安装操作系统的安全补丁，修复已知漏洞，提高系统安全性。安全补丁管理定期更新操作系统版本和应用程序，确保系统使用最新的安全功能和性能改进。更新与升级策略定期对操作系统进行漏洞评估和渗透测试，发现潜在的安全风险并及时处理。漏洞评估与测试漏洞修补与更新策略252024/3/27PART06未来发展趋势及挑战2023REPORTING262024/3/27云计算改变了资源管理和分配方式云计算通过虚拟化技术将物理资源抽象为逻辑资源，实现了资源的动态管理和按需分配，提高了资源利用率。虚拟化技术推动操作系统发展虚拟化技术使得同一物理服务器上可以运行多个虚拟机，每个虚拟机可以运行不同的操作系统，从而提高了服务器的利用率和灵活性。容器化技术成为新趋势容器化技术是一种轻量级的虚拟化技术，它可以在操作系统层面上实现应用程序的隔离和运行，提高了应用程序的部署效率和可移植性。云计算与虚拟化技术影响272024/3/27通过人工智能技术，操作系统可以实现对系统资源的智能管理和优化，提高资源利用率和系统性能。智能资源管理利用人工智能技术，操作系统可以实现对任务的智能调度和优化，提高任务执行效率和系统吞吐量。智能任务调度借助人工智能技术，操作系统可以实现对恶意软件和网络攻击的智能识别和防御，提高系统安全性。智能安全防护人工智能技术在操作系统中应用前景282024/3/27实时性和可靠性物联网应用