操作系統(tǒng)的基本概念課件BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA目錄CONTENTS操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的基本組件操作系統(tǒng)的并發(fā)性操作系統(tǒng)的安全性操作系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA01操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計算機(jī)硬件和軟件資源，為用戶提供便利的操作界面和環(huán)境。操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備驅(qū)動等。定義與功能功能定義桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、移動操作系統(tǒng)等。根據(jù)使用環(huán)境開源操作系統(tǒng)、閉源操作系統(tǒng)等。根據(jù)授權(quán)方式單核操作系統(tǒng)、微內(nèi)核操作系統(tǒng)等。根據(jù)架構(gòu)操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)能夠同時處理多個任務(wù)，實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行。并發(fā)性操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)資源的共享，包括硬件資源和軟件資源。共享性操作系統(tǒng)能夠?qū)⑽锢韺?shí)體轉(zhuǎn)換為邏輯上的概念，為用戶提供方便的操作界面。虛擬性操作系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，能夠保證計算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。穩(wěn)定性操作系統(tǒng)的基本特征BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA02操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)硬件抽象層（HAL）是操作系統(tǒng)的一部分，它為操作系統(tǒng)提供了一個與硬件交互的接口。HAL將硬件設(shè)備的細(xì)節(jié)抽象化，使得操作系統(tǒng)可以以一種與硬件無關(guān)的方式訪問硬件資源。HAL通過提供標(biāo)準(zhǔn)化的硬件接口，使得操作系統(tǒng)可以在不同的硬件平臺上運(yùn)行，提高了可移植性和兼容性。硬件抽象層系統(tǒng)調(diào)用接口是操作系統(tǒng)提供給應(yīng)用程序的編程接口，用于實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)提供的各種服務(wù)。通過系統(tǒng)調(diào)用，應(yīng)用程序可以請求操作系統(tǒng)提供的功能，例如文件操作、進(jìn)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信等。系統(tǒng)調(diào)用接口使得應(yīng)用程序可以在統(tǒng)一的接口上使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，簡化了應(yīng)用程序的開發(fā)和維護(hù)。010203系統(tǒng)調(diào)用接口010203核心態(tài)（也稱為特權(quán)態(tài)）是操作系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，具有最高的權(quán)限級別。用戶態(tài)是應(yīng)用程序的運(yùn)行狀態(tài)，權(quán)限級別較低。核心態(tài)和用戶態(tài)的劃分有助于保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，防止惡意程序?qū)ο到y(tǒng)造成破壞。核心態(tài)與用戶態(tài)進(jìn)程與線程管理線程是進(jìn)程中的一個執(zhí)行單元，一個進(jìn)程可以包含多個線程。線程管理涉及線程的創(chuàng)建、同步、通信和調(diào)度等操作。進(jìn)程是操作系統(tǒng)中一個獨(dú)立運(yùn)行的任務(wù)，包含程序的執(zhí)行實(shí)例和相關(guān)資源。進(jìn)程管理涉及進(jìn)程的創(chuàng)建、終止、阻塞和喚醒等操作。BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA03操作系統(tǒng)的基本組件處理器調(diào)度決定哪個進(jìn)程在什么時候運(yùn)行，以及運(yùn)行多長時間。上下文切換保存和恢復(fù)運(yùn)行進(jìn)程的上下文，包括CPU寄存器、內(nèi)存和狀態(tài)信息。多核處理管理多個核心上的進(jìn)程分配，以實(shí)現(xiàn)并行處理。同步與通信確保進(jìn)程間的正確協(xié)作，避免競態(tài)條件。處理器管理內(nèi)存管理提供邏輯連續(xù)的地址空間給用戶，隱藏物理內(nèi)存細(xì)節(jié)。虛擬內(nèi)存磁盤管理文件系統(tǒng)01020403提供持久存儲和訪問數(shù)據(jù)的機(jī)制。分配和回收內(nèi)存，以及進(jìn)行內(nèi)存保護(hù)。組織和優(yōu)化磁盤空間的使用。存儲管理文件存儲將數(shù)據(jù)持久化到磁盤或其他存儲介質(zhì)。文件系統(tǒng)備份與恢復(fù)確保數(shù)據(jù)的安全性和可用性。文件訪問控制限制不同用戶對文件的訪問權(quán)限。目錄結(jié)構(gòu)提供層次化的目錄和文件組織方式。文件系統(tǒng)將物理設(shè)備映射到邏輯設(shè)備，隱藏設(shè)備差異。設(shè)備抽象發(fā)送命令給設(shè)備，執(zhí)行相應(yīng)的操作。設(shè)備控制監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)，及時響應(yīng)設(shè)備的請求和事件。設(shè)備狀態(tài)管理提高設(shè)備的性能和響應(yīng)速度。設(shè)備性能優(yōu)化設(shè)備驅(qū)動程序提供文本命令輸入和輸出的界面。命令行界面圖形用戶界面交互式界面可訪問性設(shè)計提供可視化的操作界面，如窗口、圖標(biāo)和菜單等。通過觸摸、手勢或語音等方式與用戶進(jìn)行交互。確保不同能力的用戶都能方便地使用操作系統(tǒng)。用戶界面BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA04操作系統(tǒng)的并發(fā)性多任務(wù)處理是指操作系統(tǒng)能夠同時處理多個任務(wù)的能力，包括用戶作業(yè)、系統(tǒng)作業(yè)、外部設(shè)備作業(yè)等。多任務(wù)處理可以提高系統(tǒng)資源的利用率，提高系統(tǒng)的吞吐量，滿足用戶對快速響應(yīng)的需求。操作系統(tǒng)通過進(jìn)程調(diào)度、分時處理等方式實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理，使得多個任務(wù)能夠交替執(zhí)行。多任務(wù)處理進(jìn)程互斥是指多個進(jìn)程不能同時訪問某一共享資源，以避免發(fā)生沖突和不一致狀態(tài)。進(jìn)程同步與互斥是操作系統(tǒng)中重要的概念，通過信號量、鎖等機(jī)制實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的協(xié)調(diào)與控制。進(jìn)程同步是指多個進(jìn)程按照一定的順序執(zhí)行，以保證系統(tǒng)資源的正確使用和系統(tǒng)狀態(tài)的正確性。進(jìn)程同步與互斥

死鎖與饑餓問題死鎖是指多個進(jìn)程在等待資源時形成的一種僵局狀態(tài)，每個進(jìn)程都在等待其他進(jìn)程釋放資源，但沒有任何一個進(jìn)程能夠繼續(xù)執(zhí)行。饑餓是指一個或多個進(jìn)程由于其他進(jìn)程的優(yōu)先級高于自己而長時間得不到所需資源的現(xiàn)象。死鎖和饑餓問題可以通過資源分配圖、銀行家算法等手段進(jìn)行預(yù)防和解決。0102信號量與管程管程是一種高級的同步機(jī)制，它提供了一種抽象的方法來管理共享資源，使得多個進(jìn)程能夠以一種受控的方式訪問共享資源。信號量是一種用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步與互斥的機(jī)制，它是一個整數(shù)值，用于表示共享資源的數(shù)量或狀態(tài)。BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA05操作系統(tǒng)的安全性拒絕服務(wù)攻擊通過大量請求擁塞系統(tǒng)資源，使系統(tǒng)無法正常處理合法請求。身份假冒攻擊者偽裝成合法用戶，獲取未授權(quán)訪問權(quán)限。惡意軟件包括病毒、蠕蟲、特洛伊木馬等，它們會破壞系統(tǒng)數(shù)據(jù)、干擾系統(tǒng)運(yùn)行或竊取敏感信息。安全威脅與攻擊訪問控制限制對系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)和功能的訪問，確保只有授權(quán)用戶能夠執(zhí)行特定操作。數(shù)據(jù)加密通過加密算法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不可讀的格式，只有擁有解密密鑰的用戶才能還原數(shù)據(jù)。安全審計記錄系統(tǒng)活動和事件，以便發(fā)現(xiàn)異常行為和潛在的安全威脅。安全策略與機(jī)制身份認(rèn)證通過用戶名、密碼、令牌等方式驗(yàn)證用戶身份，確保只有授權(quán)用戶能夠訪問系統(tǒng)資源。對稱加密使用相同的密鑰進(jìn)行加密和解密，常見的對稱加密算法有AES、DES等。非對稱加密使用不同的密鑰進(jìn)行加密和解密，公鑰用于加密，私鑰用于解密，常見的非對稱加密算法有RSA、ECC等。數(shù)字簽名通過加密算法生成數(shù)字簽名，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性和來源。加密技術(shù)與認(rèn)證BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA06操作系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是一種專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的操作系統(tǒng)，具有實(shí)時性、可靠性和資源受限等特點(diǎn)。嵌入式操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能家居、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，為各種嵌入式設(shè)備提供高效、穩(wěn)定和可靠的控制和管理功能。常見的嵌入式操作系統(tǒng)包括Linux、VxWorks、QNX等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是一種為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計的操作系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)功能。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)能夠提供文件共享、打印服務(wù)、郵件服務(wù)、Web服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)。常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)包括WindowsServer、Linux、NetWare等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)123分布式操作系統(tǒng)是一種將多個獨(dú)立計算機(jī)系統(tǒng)連接起來，形成一個統(tǒng)一的計算資源的操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享、負(fù)載均衡和容錯性，提高整個系統(tǒng)的可靠性和性能。常見的分布式操作系統(tǒng)包括WindowsNT、SunMicrosystems的Solaris等。分布式操作系統(tǒng)云操作系統(tǒng)01