《操作系统概述》课件

操作系统概述了解操作系统的基本概念和功能,探讨其在计算机系统中的重要地位透过对操作系统的定义、历史发展和主要特性的深入分析,为后续学习奠定坚实基础什么是操作系统系统软件资源管理器操作系统是计算机系统中最它提供了一个平台,允许用户基础的系统软件,负责管理和和应用程序访问和使用计算控制整个计算机系统的硬件机的各种资源,如内存、CPU资源、存储设备等交互界面操作系统为用户和计算机系统之间的交互提供了友好的图形用户界面或命令行界面操作系统的功能资源管理用户交互操作系统负责管理计算机的操作系统提供各种用户界面各种硬件资源,如CPU、内,如命令行和图形界面,使用存和外设等,确保各个应用户能够方便地与计算机进行程序可以公平高效地使用这交互和操作些资源错误处理安全保护操作系统能够监测硬件和软操作系统通过身份验证、权件的错误,并采取相应的措限控制等机制,确保计算机施来解决问题,提高系统的系统和数据的安全性,防止可靠性和稳定性未经授权的访问操作系统的组成内核外壳操作系统的核心部分,负责管理硬提供用户与操作系统交互的界面,件资源和底层系统服务如命令行或图形界面实用程序系统库各种系统管理和维护工具,如文件为应用程序提供标准的系统调用管理、网络配置等接口和编程API操作系统的分类单用户单任务多用户多任务实时操作系统分时操作系统这类操作系统只能由一个这类操作系统可以由多个这类操作系统能在严格的这类操作系统能让多个用用户使用,同时只能执行一用户同时使用,每个用户可时间限制内对外部事件做户共享计算机资源,各用户个任务PC上常见的以并发执行多个任务出快速响应,主要应用于工通过终端机访问主机,感觉Windows和Mac OS就属Unix和Linux就属于这种业控制和嵌入式系统像独占使用一样于这种类型类型单道批处理系统线性处理资源共享优缺点单道批处理系统按照作业的顺序逐一所有作业共享内存、CPU和I/O设备等•优点:资源利用率高,管理简单执行，作业一个接一个地运行这样系统资源系统资源利用率较高但无•缺点:响应时间长,作业顺序固定,无可以提高资源利用率，但响应时间较法并行处理多个作业交互性长多道批处理系统并行处理动态调度内存分区多道批处理系统可以同时运行多个程操作系统会根据各进程的优先级动态系统将内存划分为多个分区,可以同时序,提高了计算机的利用率和资源效率调度,确保高优先级任务优先得到执行加载多个程序并有效利用内存资源分时操作系统资源共享分时系统允许多个用户同时使用系统资源,包括CPU时间、内存和外设等快速切换任务分时系统采用时间片轮转的方式,快速在多个用户任务之间切换,实现并发执行交互式计算分时系统支持用户通过终端实时交互式地使用系统,提高了计算效率实时操作系统快速响应可靠性时间控制应用领域实时操作系统针对严格的实时操作系统有特殊的错实时操作系统精确控制各实时操作系统广泛应用于时间要求进行设计,能在规误检查和容错机制,确保在项任务的执行时间,确保关工业控制、航空航天、医定的时间内快速做出响应紧急情况下不会出现故障键任务能按时完成疗设备等对时间敏感的领和处理域微机操作系统个人电脑专用资源管理高效微机操作系统专门为个人电微机操作系统能够有效管理脑设计,提供了使用方便、个人电脑的处理器、内存、界面友好的操作环境存储设备等资源多任务处理图形化用户界面微机操作系统支持多个程序微机操作系统采用图形化用并行执行,提高了个人电脑户界面,使得操作更加直观的工作效率和简单操作系统的发展历程第一代操作系统120世纪40年代,第一代操作系统采用机械式程序控制,具有低效、缺乏灵活性等特点第二代操作系统250年代末至60年代初,第二代操作系统支持批处理和多道程序设计,改善了操作效率第三代操作系统360年代至70年代,第三代操作系统采用虚拟存储技术,支持多道程序和分时处理第四代操作系统470年代至今,第四代操作系统采用分布式技术,支持图形用户界面和多任务处理第一代操作系统基于机器语言编程采用批处理方式第一代操作系统依赖于繁琐用户提交作业,由操作员手动的机器语言编程,效率极低装载并执行,无交互能力运行环境原始仅支持单任务计算机硬件配置简陋,内存容不支持多任务并发,用户需等量小,无图形界面,极不友好待当前任务完成才能使用第二代操作系统增强处理能力改进内存管理引入数据库技术支持多任务执行第二代操作系统引入了新型采用虚拟存储技术,可动态分通过数据库系统,操作系统可第二代操作系统可以同时执CPU,可支持多任务并行和时配内存,提高了内存利用率和以更好地管理和共享各种类行多个用户程序,大大提高了间共享,极大提高了系统的处系统的稳定性型的数据资源系统的利用率和响应速度理能力第三代操作系统计算机硬件进步操作系统逐步成熟系列问世IBM System/3601960年代,计算机硬件取得巨大进步,芯这个时期,操作系统也逐步从基础功能1964年,IBM推出了具有革命性的片和集成电路的出现大幅提升了计算发展到更加复杂和强大,如分时系统、System/360系列,标志着第三代操作机的性能和可靠性虚拟存储等技术的出现系统的到来这款机器具有高性能、高可靠性和良好的兼容性第四代操作系统更加智能化实现无缝互联提高系统安全性增强用户体验第四代操作系统采用了人第四代操作系统支持多种第四代操作系统采用了更第四代操作系统通过智能工智能技术,能够自主学习设备协作,实现跨平台、跨加先进的安全防护机制,能化界面和个性化定制,为用和优化系统性能,为用户提领域的无缝协作与资源共够有效应对各类网络安全户提供更加友好、更加自供智能化服务享威胁然的交互体验操作系统的主要概念进程管理内存管理操作系统负责创建、调度和操作系统负责分配和管理内控制进程,确保各个程序能够存资源,确保各程序能够安全公平有序地运行、高效地访问内存设备管理文件管理操作系统提供设备驱动程序,操作系统维护文件系统,为用协调外设与CPU之间的通信户提供文件的创建、读写、和数据传输删除等功能进程管理进程创建进程调度12操作系统可以根据用户请操作系统会根据一定的调求或系统事件创建新的进度算法,合理安排进程的执程,分配所需资源行顺序,提高系统利用率进程通信进程同步34进程之间可以通过消息传操作系统提供多种同步机递、共享内存等方式进行制,如互斥锁、信号量等,用信息交换和协调于协调进程行为内存管理动态分配虚拟内存页面置换内存保护操作系统动态地为进程分通过虚拟内存技术,操作系当内存不足时,操作系统会操作系统通过内存访问控配和回收内存空间,让有限统可以为每个进程提供独将暂时不用的页面换出到制机制,保护进程之间的内的物理内存得到高效利用立的逻辑地址空间,更好地磁盘,为活跃进程腾出空间存空间隔离,确保系统安全满足进程对内存的需求稳定设备管理驱动程序管理设备分配与调度12操作系统负责加载和管理操作系统合理分配和调度设备驱动程序,确保软硬件硬件资源,提高系统整体效协作无间率设备故障处理设备虚拟化34操作系统能及时检测并处操作系统通过虚拟化技术,理设备故障,保证系统的可隔离应用与底层硬件,增强靠性可移植性文件管理多层级文件系统检索和查找通过分层管理文件和目录,有效组灵活的文件搜索和查找功能,帮助织和管理海量数据快速定位所需内容文件操作访问权限提供复制、移动、删除等基本文通过权限控制,确保数据安全并有件管理功能,满足日常需求效共享给指定用户作业管理任务调度资源管理优先级设置操作系统负责管理和调度系统中的各操作系统会合理分配和管理系统中的操作系统会根据任务的重要性和紧急种任务和作业,确保资源的合理分配和各种资源,如CPU时间、内存空间、存程度设置不同的优先级,确保关键任务高效利用储空间等,提高系统的整体效率能够优先得到处理操作系统的接口命令行界面图形用户界面基于文本的命令行界面提供图形化的图标和菜单使得操了直接控制操作系统的方式,作系统更加直观和易用,适合适合熟练用户使用一般用户应用程序接口系统调用API为应用程序提供了标准的系统调用是应用程序与操作编程接口,以便调用操作系统系统内核之间的直接通信方的各种功能式,用于访问系统资源命令行界面简洁高效直接操作广泛应用命令行界面通过输入文本命令的方式用户可以直接控制计算机的内部运行命令行界面广泛应用于服务器、开发与操作系统交互,可以快速完成复杂的细节,拥有更多的权限和灵活性环境等领域,是专业用户必备的工具任务图形用户界面直观易用鼠标驱动图形用户界面通过直观的图形图图形用户界面主要通过鼠标控制,标和交互元素,让用户能够更容易点击图标和菜单完成各种操作,操地理解和使用操作系统作更加自然窗口管理桌面环境图形用户界面可以同时打开多个图形用户界面提供了直观的桌面窗口,并能够在它们之间切换,提高环境,让用户能够更好地管理文件工作效率和应用程序应用程序接口作为连接点功能丰富开放标准跨平台支持应用程序接口API是一种API提供了各种功能,如文为了促进软件生态系统的API可以为跨平台的应用软件组件,它定义了应用程件访问、网络通信、数据互操作性,许多API都遵循程序提供支持,使开发者能序与操作系统或其他应用处理等,使开发者能够更方开放标准,这使得不同应用够在不同操作系统上构建程序之间的交互方式便地构建应用程序,而无需程序和系统之间可以更容和部署应用程序API充当了连接应用程序直接与底层系统交互易地进行集成和交互和系统资源的通道系统调用核心功能访问应用程序与内核交互12系统调用是程序访问操作应用程序通过系统调用与系统核心功能的主要方式,操作系统内核进行交互,以如进程管理、文件管理、完成各种任务设备管理等编程接口标准安全机制保障34不同操作系统提供的系统系统调用机制确保应用程调用接口可能不同,但遵循序在受控的环境下访问操一定的标准规范作系统资源,保障系统安全操作系统的体系结构单内核结构微内核结构所有的操作系统组件都运行只在内核中包含最基本的功在单个内核中,提供了简单而能,其他服务在用户空间中运高效的设计但也存在单点行,提高了系统的灵活性和可故障的风险扩展性混合结构虚拟机结构结合了单内核和微内核的优在虚拟机监视器上运行多个点,在内核中包含关键服务,其操作系统实例,提供了强大的他服务在用户空间中运行隔离和安全性单内核结构核心单一结构简单单内核操作系统将所有的核由于内核结构相对简单,单内心功能集中在一个大型的内核操作系统通常具有较高的核中执行性能和稳定性功能全面扩展受限内核负责进程管理、内存管由于内核结构庞大,单内核系理、设备驱动等各种系统功统扩展性和灵活性较差,难以能的实现适应新需求微内核结构灵活性与扩展性简化内核设计稳定性与可靠性微内核结构将操作系统核心功能简化,微内核结构将操作系统功能划分为多由于核心功能简单,微内核结构提高了其他功能模块独立运行,提高了系统的个相对独立的模块,仅保留最基本的内系统的稳定性和可靠性,减少了系统故灵活性和扩展性核组件,极大简化了内核设计障的发生概率混合结构单内核结构保留了内核的全部功能和控制能力，提供一体化的操作系统架构微内核结构将操作系统的核心功能最小化，提高可移植性和灵活性混合结构结合单内核和微内核的优点，在性能和灵活性之间寻求平衡虚拟机结构虚拟化技术隔离性和灵活性12虚拟机架构利用虚拟化技每个虚拟机都是独立隔离术,允许在同一物理硬件上的,可根据需求灵活分配和运行多个独立的操作系统管理计算资源实例高可用性和可扩展性虚拟机监控器34虚拟机可轻松迁移和备份,虚拟机监控器又称为管理提高系统的高可用性和可程序负责管理和控制虚拟扩展性机的运行操作系统的发展趋势向云计算和移动化发展增强安全性和隐私保护支持人工智能和物联网开源和可定制化操作系统正朝着云端部署操作系统需要更好地保护操作系统将整合AI算法,为开源操作系统为用户提供和支持移动设备的方向发用户数据,抵御恶意软件和用户提供智能助理和自动更大的灵活性和可控性展云操作系统提高效率网络攻击生物识别、加化功能同时支持各种物未来或将出现更多支持自并降低成本,移动操作系统密技术和权限管理是未来联网设备的互联互通定义的操作系统平台专注于触控交互和电池优的重点化。