《操作系统新相识说》课件

操作系统新相识说操作系统是计算机系统的重要组成部分，它负责管理计算机的硬件资源和软件资源它为应用程序提供运行环境，并与用户交互，帮助用户使用计算机课程概述课程内容课程目标介绍操作系统的基本概念、功能、历史发展帮助学生了解操作系统的核心概念，并能够和分类理解常见操作系统的基本原理和应用课程安排学习建议将通过理论讲解、案例分析、实践练习等多积极参与课堂讨论，并结合课后练习，深入种方式进行授课理解操作系统的工作原理操作系统的定义系统软件资源管理者用户接口操作系统是系统软件的核心，它管操作系统负责管理计算机的CPU、操作系统提供用户界面，例如图形理计算机硬件资源，为应用程序提内存、磁盘、网络等硬件资源，并界面或命令行界面，方便用户与计供运行环境协调这些资源的分配和使用算机交互操作系统的功能文件管理进程管理内存管理设备管理操作系统负责管理和组织计操作系统管理着计算机中的操作系统分配和管理计算机操作系统负责管理计算机上算机中的文件，包括创建、所有应用程序，包括创建、的内存资源，确保应用程序的所有硬件设备，包括键盘删除、复制和移动文件调度、终止应用程序，并分之间能够有效地共享内存，、鼠标、显示器、打印机等配系统资源并防止内存冲突，并提供统一的接口操作系统的历史发展早期操作系统1940年代至1950年代，批处理操作系统出现，例如IBM的OS/360系统，为多任务处理和资源管理提供了基础分时操作系统1960年代，分时操作系统例如UNIX和Multics诞生，允许多个用户同时使用一台计算机，提高了效率个人计算机操作系统1980年代，个人计算机操作系统如MS-DOS和苹果公司的Mac OS问世，为个人电脑普及奠定了基础图形用户界面1980年代末期，图形用户界面GUI的出现，例如苹果的Mac OS和微软的Windows，极大地改善了用户体验现代操作系统近年来，操作系统不断发展，例如Linux和Android等开源系统，以及云计算和移动设备操作系统等新兴领域，改变着我们与计算机的交互方式现代操作系统的分类单用户单任务操作系统单用户多任务操作系统多用户多任务操作系统实时操作系统（RTOS）仅支持一个用户同时运行一允许多个程序同时运行，但支持多个用户同时运行多个主要用于工业控制、医疗设个程序这类操作系统通常只支持一个用户例如，程序，例如Linux和备等需要快速响应和高可靠用于嵌入式系统和个人计算Windows95和Windows98Windows Server性的应用场景，例如航空航机的早期阶段属于此类操作系统天和工业自动化系统常见操作系统简介Windows macOS12微软公司开发的图形界面操苹果公司为其Mac电脑开发作系统，是全球使用最广泛的操作系统，以其简洁的设的操作系统之一计和用户体验而闻名Linux3开源操作系统，拥有广泛的版本和发行版，适用于各种设备，从嵌入式系统到超级计算机操作系统WindowsWindows操作系统是微软公司开发的图形用户界面操作系统，目前是全球使用最广泛的操作系统之一它是使用最为广泛的操作系统，具有易用性和功能丰富等特点Windows操作系统支持各种硬件和软件，并提供安全、稳定、高效的计算环境它包括多个版本，如Windows

10、Windows11等，针对不同的用户群体和设备提供相应的解决方案操作系统macOSmacOS是苹果公司为其Mac电脑开发的操作系统，它以其用户友好界面、安全性以及强大的功能而闻名macOS基于Unix系统，具有良好的稳定性和安全性，并且与其他苹果设备生态系统无缝集成macOS内置了各种应用程序，例如Safari浏览器、Pages文字处理软件以及Final CutPro视频编辑软件操作系统LinuxLinux是一个开源操作系统，由Linus Torvalds在1991年创建它是一个自由、开放源代码的操作系统，这意味着用户可以查看、修改和重新发布其源代码Linux广泛应用于各种设备，包括服务器、台式机、笔记本电脑和移动设备它以其稳定性、安全性和可定制性而闻名移动设备操作系统iOS AndroidHarmonyOS苹果公司开发的移动操作系统，以其用由Google开发的开源操作系统，具有广由华为公司开发的移动操作系统，旨在户友好性而闻名iOS拥有一个封闭的生泛的兼容性和可定制性Android拥有庞提供跨设备的无缝连接和体验态系统，提供无缝的用户体验大的应用程序生态系统，满足各种需求HarmonyOS拥有强大的性能和安全功能操作系统的基本结构内核系统调用操作系统核心，管理硬件资源，提供基本服用户程序与内核交互的接口，提供系统服务务用户界面应用程序接口用户与操作系统交互的界面，提供可视化操提供给应用程序开发者使用的接口，方便程作序开发内核和用户模式内核模式用户模式操作系统内核运行在内核模式用户程序运行在用户模式，权，拥有最高权限，可直接访问限有限，需要通过系统调用访硬件问硬件隔离保护内核模式与用户模式隔离，防止用户程序破坏系统稳定性进程管理进程管理任务进程管理负责创建、销毁、调度和同步进程，以确保系统资源的有效利用和进程之间的协调运作进程定义进程是正在运行的程序的实例，是系统资源分配的基本单位每个进程都有独立的地址空间、数据、堆栈和文件等内存管理物理内存分配虚拟内存管理

1.

2.12操作系统管理物理内存，为虚拟内存通过将硬盘空间作进程分配所需的内存空间为扩展内存，为进程提供更大的地址空间内存保护内存碎片整理

3.

4.34操作系统保护进程的内存空内存碎片整理可以回收零散间，防止它们相互干扰内存空间，提高内存利用率文件管理文件存储文件访问12操作系统将文件存储在硬盘或其他存用户可以通过应用程序或命令行接口储设备上，并维护文件系统的组织结访问文件，操作系统负责处理文件读构，例如目录树写操作文件权限文件操作34操作系统管理文件访问权限，确保文常见的文件操作包括创建、删除、重件安全和数据完整性命名、复制、移动等，操作系统提供相应的系统调用来执行这些操作设备管理硬件资源分配策略操作系统管理系统中的硬件，例如硬盘、键盘、鼠标、打印机等操作系统决定哪些程序可以使用哪些设备，以及如何使用驱动程序数据传输操作系统通过驱动程序与硬件设备进行通信，实现对设备的控制操作系统负责管理数据在硬件设备之间传输，保证数据的完整性和可靠性安全管理数据保护防止数据丢失、篡改和未经授权的访问用户身份验证确保只有授权用户才能访问系统资源网络安全保护系统免受网络攻击和恶意软件的侵害系统调用定义作用系统调用是应用程序与操作系统内核之间通信的接口系统调用提供了一层抽象层，屏蔽底层硬件细节应用程序通过系统调用请求操作系统提供服务用户程序无需直接与硬件交互，提高了软件开发效率和安全性中断机制CPU执行程序中断源触发中断处理返回原程序CPU持续执行程序指令，但例如，用户按下键盘按键，CPU响应中断，保存当前状中断处理完成后，CPU恢复有时需要暂停当前任务，处产生中断信号，通知CPU停态，跳转到中断处理程序，之前保存的状态，继续执行理紧急事件止当前任务完成相关操作被打断的程序操作系统的启动过程电源开启1启动计算机的硬件设备BIOS/UEFI启动2检测硬件，初始化系统引导加载3加载操作系统内核内核启动4初始化系统资源，进入用户模式操作系统启动过程是一个复杂的流程，从电源开启到用户界面出现，经历多个步骤首先，BIOS/UEFI引导程序负责检测硬件并初始化系统然后，引导加载程序负责加载操作系统内核，并传递控制权给内核最后，内核启动并初始化系统资源，为用户程序的运行做好准备操作系统的引导程序启动过程第一步存储位置引导程序是操作系统启动的第引导程序通常存储在系统硬盘一个程序，也是系统初始化的的第一个扇区，也称为主引导关键步骤记录MBR核心功能引导程序负责初始化硬件，加载操作系统内核，并将控制权交给内核和BIOS UEFIBIOSUEFIBIOS是基本输入输出系统它存储在主板上的闪存芯片中，是操作系统启动过程UEFI是一种更现代化的固件接口标准，它取代了传统的BIOSUEFI提供了更快的中的第一个程序BIOS负责初始化硬件，引导操作系统，并提供一些基本的硬件启动速度，支持更大的硬盘容量，并且具有更强大的安全功能操作功能操作系统的引导过程BIOS初始化1执行自检，加载引导扇区加载引导程序2从硬盘读取操作系统引导程序操作系统内核加载3将操作系统内核加载到内存初始化系统4配置硬件，启动系统服务引导过程是操作系统启动的第一步，从BIOS自检开始，逐步加载操作系统内核并初始化系统这一过程需要读取硬件信息，配置设备驱动程序，并建立系统环境用户界面命令行界面图形用户界面

1.

2.12用户通过键入命令与操作系统交互，需要熟练掌握命令用户通过鼠标、键盘、触摸屏等交互，更加直观易用手势和触控跨平台兼容性

3.

4.34移动设备使用手势和触控，提高交互效率支持不同平台和设备，扩展用户群体命令行界面文本命令灵活控制编程和脚本命令行界面使用文本命令与操作系统交命令行界面提供了更灵活的控制方式，命令行界面是程序员和系统管理员的常互，例如，输入“dir”列出当前目录下的可以执行更复杂的命令，例如批量操作用工具，用于编写和执行脚本，管理系文件和文件夹文件或执行脚本统资源图形用户界面直观的交互体验多任务处理触控交互图形用户界面使用图标、菜单和窗口，通过窗口管理功能，用户可以同时运行现代图形用户界面支持触控操作，为移让用户更容易理解和操作计算机多个应用程序，提高工作效率动设备提供了更直观的用户体验手势和触控直观交互移动设备的革命手指滑动、点击、捏合等手势触控技术极大地提升了移动设，取代了传统的鼠标和键盘操备的用户体验，为智能手机和作，使人机交互更自然直观平板电脑的普及铺平了道路未来趋势随着技术的进步，手势和触控功能将不断完善，应用范围将扩展到更多领域，例如虚拟现实和增强现实跨平台兼容性应用范围更广开发效率更高跨平台兼容性使应用程序能够在不同的操作系统和设备上运行开发人员可以为多个平台编写一次代码，从而节省时间和精力，扩大其潜在用户群例如，使用Java编写的应用程序可以在Windows、macOS和跨平台兼容性简化了应用程序的开发过程，缩短了上市时间Linux上运行操作系统的未来发展云计算和容器技术1云计算环境下，操作系统将变得更加轻量级，以适应虚拟化和容器化的需求物联网和边缘计算2物联网设备需要轻量级、高效的操作系统，边缘计算需要更强大的数据处理能力人工智能和机器学习3未来操作系统将更加智能化，能够自动优化系统性能，提供个性化的服务云计算和容器技术资源共享可移植性

1.

2.12云计算提供可扩展资源，容容器技术让应用程序可以轻器技术则帮助高效利用这些松移植到不同的云平台，确资源，提高效率保跨平台兼容性自动化管理灵活性

3.

4.34容器技术简化了应用程序部容器技术支持微服务架构，署和管理，实现自动化，降让应用程序更加灵活，易于低运维成本扩展和更新物联网和边缘计算传感器网络边缘计算将数据处理和分析任务转移到物联网设备附近，减少网络延迟数据处理边缘计算节点可以处理数据，然后只将结果或摘要发送到云端，减少带宽消耗自动驾驶边缘计算在自动驾驶汽车中至关重要，可以实现实时决策和反应人工智能和机器学习更智能的操作系统增强用户交互创新应用场景人工智能和机器学习在操作系统中的应人工智能驱动的语音助手和自然语言处人工智能和机器学习扩展了操作系统的用，例如智能预测、个性化推荐和自动理技术，为用户提供更直观、更自然的应用场景，例如自动驾驶、智能家居和资源管理，不断提升用户体验交互方式工业自动化。