[工学]计算机操作系统课件

计算机操作系统本课件将介绍计算机操作系统的基础知识和原理，帮助您深入理解操作系统的核心功能和工作机制操作系统概述操作系统是计算机系统中最核心它管理着计算机系统的所有资源的软件为用户提供一个友好的界面，方便用户使用计算机操作系统的功能管理计算机资源提供用户界面支持多用户和多任务保护系统安全操作系统负责管理计算机的操作系统提供了一个用户界操作系统允许多个用户同时操作系统提供安全机制，例硬件资源，例如CPU、内存面，例如命令行界面或图形使用计算机，并允许运行多如用户身份验证和访问控制、存储器和外设，以确保它用户界面，让用户可以与计个程序，从而提高了计算机，以保护计算机系统免受未们能够被有效地使用算机进行交互并执行操作的利用率经授权的访问和攻击进程管理创建调度创建新的进程，分配资源，决定哪个进程应该在CPU上包括内存、文件和设备运行，并分配CPU时间片同步通信协调多个进程之间的访问和提供进程之间交换数据的机交互，防止数据竞争和死锁制，以便它们可以协同工作进程状态和进程调度运行进程正在使用CPU，执行指令就绪进程已经准备好执行，但等待CPU资源阻塞进程正在等待某一事件，如I/O操作完成创建进程正在创建过程中，分配资源终止进程已完成执行，释放资源线程和多线程技术轻量级进程并发执行12线程是比进程更小的执行多线程允许程序在同一时单元，共享同一个地址空间执行多个任务，提高了间，减少了资源开销系统利用率提升响应速度3通过多线程，用户界面能够保持响应，即使某个任务在后台运行进程同步与互斥同步互斥同步是指多个进程在协同工作时，需要相互配合，按预定互斥是指多个进程不能同时访问同一个共享资源，以避免的顺序执行，以保证数据的正确性数据冲突进程通信机制共享内存消息传递管道多个进程可以访问同一块内存区域，进程间通过发送和接收消息进行通信通过管道将数据从一个进程传递到另实现数据共享，适用于不同平台间的数据传输一个进程，实现数据流的定向传递内存管理内存分配内存保护操作系统负责分配和管理内操作系统确保进程之间不会存资源给进程和程序互相干扰，防止一个进程访问另一个进程的内存内存回收操作系统回收不再使用的内存空间，以便为新的进程分配虚拟内存技术扩充内存容量多任务执行内存保护虚拟内存技术允许使用比物理内存更虚拟内存允许多个进程同时运行，即虚拟内存技术提供了内存保护机制，大的地址空间，通过将部分数据存储使总的内存需求超过了物理内存的限防止程序访问未经授权的内存区域在磁盘上，扩展了可用内存的大小制文件系统管理组织和管理文件层次结构文件系统提供一个结构化的文件系统通常采用树状结构方法来存储和访问计算机中，将文件组织成目录和子目的文件录命名和访问安全和权限每个文件都有一个唯一的名文件系统提供机制来保护文称，并使用路径来标识其在件，并控制用户对文件的访文件系统中的位置问权限文件组织结构目录结构文件类型层次化组织文件，方便管理和访不同的文件类型，如文本、图片问、视频等文件链接使用链接方式，实现文件之间的关联文件存储管理磁盘空间分配文件目录结构文件保护操作系统分配磁盘空间给文件，可以操作系统使用文件目录结构来组织和操作系统需要提供文件保护机制来保使用连续分配、链接分配、索引分配管理文件，常用的结构包括单级目录证文件的完整性和安全性，常见的措等方法、树型目录和图状目录施包括访问控制、权限控制和备份恢复文件访问控制用户访问权限设置密码和身份验证安全策略实施设备管理键盘鼠标显示器打印机输入设备，用于向计算机输输入设备，用于控制光标和输出设备，用于显示计算机输出设备，用于将计算机的入字符和其他命令其他图形界面元素的输出结果，例如文本、图输出结果打印到纸张上像和视频设备驱动程序硬件接口资源管理12设备驱动程序充当操作系它们控制设备的分配和使统与硬件设备之间的桥梁用，确保不同程序对设备，负责管理硬件设备的访的访问是安全和有序的问和控制错误处理3设备驱动程序负责处理设备发生的错误，并通知操作系统采取相应的措施输入输出系统/设备驱动程序中断处理缓冲区管理I/O驱动程序是连接操作系统和硬件当设备完成操作或遇到错误时，缓冲区用于临时存储数据，以便设备的软件组件它们提供了一它会向CPU发送中断信号中断在速度不同的设备之间进行数据种标准接口，允许操作系统控制处理程序会识别中断源并执行相传输缓冲区管理负责分配和释设备并访问其功能应的操作放缓冲区磁盘调度算法先来先服务FCFS1按照请求到达的顺序进行服务最短寻道时间优先SSTF2选择与当前磁头位置距离最近的请求进行服务扫描SCAN3磁头从当前位置扫描到最外侧，然后反向扫描循环扫描C-SCAN磁头从当前位置扫描到最外侧，然后直接跳回最内侧继续扫4描安全性与保护数据完整性机密性可用性保护数据免受未经授权的修改或确保只有授权用户可以访问数据确保系统和数据始终可用删除用户认证机制用户名和密码生物识别双因素认证这是最常见的认证机制，用户提供用使用指纹、面部识别或虹膜扫描等生要求用户提供两种不同的身份验证方户名和密码进行验证物特征进行身份验证式，例如密码和短信验证码访问控制模型访问控制列表基于角色的访问控制基于属性的访问控制ACL RBACABACACL定义允许或拒绝访问特定资源的RBAC将用户分配给角色，并根据角色ABAC使用属性来定义访问策略，并根规则列表通过将用户或组与特定权授予权限它简化了权限管理，提高据属性匹配来控制访问它提供了灵限关联来控制访问了安全性活性和细粒度的控制操作系统安全威胁恶意软件，如病毒、蠕虫和木马黑客可以通过漏洞攻击系统，获，可以感染系统并窃取数据或破取管理员权限，窃取敏感信息或坏系统文件破坏系统运行未经授权的访问，例如未经授权的用户访问系统资源或数据，可能会导致数据泄露或系统故障操作系统安全防护访问控制入侵检测和防御12限制用户访问系统资源，监控系统活动，识别潜在确保只有授权用户才能访的攻击行为并采取措施阻问敏感数据和操作止或防御安全更新和补丁数据加密34及时安装操作系统安全更使用加密技术保护敏感数新和补丁，修复系统漏洞据，防止未经授权的访问和安全缺陷和窃取操作系统体系结构单体结构微内核结构12所有功能集中在一个内核将基本功能放在内核中，中，简单易于开发其他功能通过服务进程实现，更灵活、易于扩展分层结构3将操作系统按功能划分为多个层次，每一层为上一层提供服务操作系统体系结构微内核结构单体结构仅包含操作系统核心功能，如内存管理和进程调度其他所有操作系统功能都在一个内核空间中运行，包括设备驱服务以用户进程的形式运行，通过消息传递与内核交互动程序和文件系统结构简单但安全性较低实时操作系统严格的时间约束高可靠性实时操作系统必须在严格的实时操作系统通常用于关键时间限制内响应事件，例如任务应用，例如医疗设备或，在工业自动化系统中，及航空控制系统，因此必须确时处理传感器数据至关重要保高可靠性资源管理实时操作系统必须有效地管理系统资源，例如内存和处理器，以确保及时响应嵌入式操作系统特点应用资源受限，体积小，实时性高，功耗低，安全性要求高智能手机，智能家居，汽车电子，工业控制，医疗设备分布式操作系统连接多个计算机节点，共享资源提高可靠性，容错能力和可扩展和处理能力性处理大型数据集，解决单机无法解决的问题云计算中的操作系统虚拟化技术弹性伸缩安全管理云计算中的操作系统利用虚拟化技术云操作系统可以根据用户需求自动调云操作系统提供安全措施，如访问控，将物理资源划分成多个虚拟机，提整资源分配，以满足动态变化的工作制、数据加密，保障用户数据安全高资源利用率负载移动端操作系统用户界面资源管理为触摸屏设备设计，直观易管理有限的电池寿命、内存用，支持多点触控、手势操和存储空间，优化系统性能作安全性保护用户数据和隐私，提供安全访问控制和加密功能操作系统未来发展趋势云原生操作系统人工智能与操作系统云原生操作系统将优化云环人工智能将增强操作系统的境中的资源管理和应用部署智能性，实现更自动化的管理和优化边缘计算与操作系统量子计算与操作系统边缘计算环境需要轻量级、量子计算的兴起将催生新型高效的操作系统来支持数据的操作系统，以充分利用量处理和智能应用子计算能力。