《操作系统新相识说》课件

操作系统新相识说从使用者的视角探讨操作系统的作用和特点,引导用户全新认识这一非常重要的软件系统什么是操作系统基本概念主要功能操作系统是管理计算机硬件和软操作系统负责进程管理、内存管件资源的计算机程序,它为用户和理、文件管理、设备管理和安全其他程序提供接口和服务管理等重要任务系统核心用户交互操作系统的核心是操作系统内核,操作系统为用户提供了各种交互它负责管理系统资源并提供基本方式,如命令行界面和图形用户界的接口和服务面操作系统的历史回顾1945-19551早期简单的批处理系统1955-19652基于时间共享的多道程序设计系统1965-19803大型计算机上的通用操作系统1980-20004基于图形界面的个人计算机操作系统至今20005移动设备和嵌入式系统的操作系统操作系统的发展伴随着计算机技术的进步而不断演化从最初的简单批处理系统,到时间共享多道程序设计系统,再到通用操作系统,再到图形界面的个人电脑操作系统,现在又进化到移动设备和嵌入式系统的操作系统每一个阶段都代表着操作系统功能的不断丰富和完善操作系统的定义和功能操作系统的定义操作系统的主要功能操作系统的重要性操作系统是一种管理计算机硬•进程管理操作系统是现代计算机系统的件资源并提供应用程序运行环•存储管理核心组成部分,为用户提供了境的软件它是连接用户和计一个友好、稳定、高效的计算•设备管理算机硬件的关键中介环境它是整个计算机系统的•文件管理枢纽•安全管理•用户界面操作系统的发展趋势年5预计未来5年内,操作系统将朝着更加虚拟化、智能化和安全化的方向发展10%操作系统性能预计将每年提升10%左右,以满足数字化转型的需求50M移动设备操作系统市场规模有望在未来5年内突破50亿美元云化云端操作系统将与本地操作系统实现更深入的融合,提供统一的数字体验操作系统的内核结构操作系统的内核是其核心组成部分,负责管理系统硬件资源和提供基本服务内核包括进程调度、内存管理、设备驱动、文件系统等模块,采用分层结构设计,实现了对底层硬件的抽象和隔离内核还提供了用户态和内核态的切换机制,确保了系统的安全性和稳定性同时,内核还负责系统调用的处理,为上层应用程序提供统一的接口进程管理进程概念进程控制并发管理进程是操作系统中的基本单位,是一个独立操作系统能够对进程的创建、切换和终止进操作系统支持多进程并行执行,通过调度算运行的程序实例,具有独立的地址空间和资行管理,确保资源合理分配和任务高效执行法和同步机制协调各进程间的资源共享和任源分配务执行内存管理内存分配内存保护12操作系统负责分配和管理系统通过内存隔离,确保进程只能访内存资源,保证每个进程获得所问自己的内存区域,防止越权访需内存空间问虚拟内存内存页面置换34操作系统提供虚拟内存技术,扩操作系统通过页面置换算法,决大可用内存空间,并实现按需调定哪些页面需要从内存换出以度腾出空间文件管理文件创建文件组织用户可以在操作系统中创建各种类型文件可以存储在文件夹、目录等层次的文件,如文档、图像、视频等文件结构中,帮助用户更好地管理和查找文具有不同的属性和权限设置件文件操作文件权限用户可以复制、移动、删除、重命名操作系统为文件设置了读、写、执行等操作文件,以满足不同的需求操作等不同权限,以控制用户对文件的访问系统提供友好的文件管理界面和工具和修改设备管理设备驱动程序即插即用12操作系统需要设备驱动程序来操作系统可以自动检测和配置控制和管理各种硬件设备,如打新连接的硬件设备,提高了系统印机、键盘、显示器等的使用便利性设备管理器软硬件兼容性34操作系统提供设备管理器,用于操作系统需要确保软件应用程监控和控制系统中所有的硬件序与硬件设备之间的良好兼容设备性输入输出管理数据传输设备驱动程序缓冲区管理后台打印操作系统负责管理数据在各种操作系统提供统一的设备驱动操作系统使用缓冲区提高输入操作系统提供后台打印功能,提设备和内存间的输入输出传输接口,简化外围设备的管理输出效率,减少设备和CPU之间高系统资源利用率的速度差异安全管理访问控制数据加密通过用户身份验证和权限管理,确采用先进的加密技术,保护关键信保系统资源仅被授权人员访问息数据的机密性和完整性系统审计安全策略记录和监控系统关键事件,及时发制定全面的安全政策,规范操作行现并应对各类安全风险和威胁为,确保系统持续稳定运行操作系统的分类基于用途分类基于架构分类基于开发模式分类基于运行环境分类根据操作系统的应用领域和使按照操作系统的内核结构可以根据操作系统的开发模式可以根据操作系统运行的硬件平台用目的不同，可以将其分为桌分为单内核、微内核和混合内分为开源操作系统和专有操作可以分为PC操作系统、移动面操作系统、移动操作系统、核等不同的架构类型系统两大类设备操作系统和云操作系统等服务器操作系统、嵌入式操作系统等操作系统WindowsWindows操作系统是微软公司开发的世界上最广泛使用的桌面操作系统从1985年Windows

1.0版本到如今的Windows11，Windows操作系统已经成为个人电脑和企业应用的标准Windows操作系统以其用户友好的图形界面、强大的多任务能力和丰富的软件生态闻名Microsoft Office、Internet Explorer等应用程序也是Windows系统不可或缺的组成部分操作系统LinuxLinux是一种开源、免费的操作系统,由Linux内核及各种应用软件组成它以稳定性、安全性、灵活性和开放性著称,广泛应用于服务器、嵌入式设备和个人电脑等领域Linux系统拥有丰富的桌面环境和应用程序,如Ubuntu、Fedora和CentOS等发行版它支持多种硬件架构,可定制性强,适合需要高度自主控制的用户和企业使用操作系统macOSmacOS是Apple公司开发的主要用于桌面和笔记本电脑的操作系统它以其简洁优雅的用户界面和强大的功能著称,广受苹果产品用户的喜爱macOS建立在BSD Unix的基础之上,继承了Unix的安全性和稳定性,同时提供了友好的图形界面以及大量高质量的应用程序移动设备操作系统用户友好界面丰富的应用生态强大的硬件支持移动设备操作系统提供直观的触控界面,操移动操作系统支持大量第三方应用程序的安移动设备操作系统与手机硬件深度集成,充作简单易上手,满足用户移动办公和娱乐需装和运行,为用户提供无穷无尽的功能扩展分利用触摸屏、传感器等硬件功能求云操作系统基础设施即服务软件即服务平台即服务云操作系统提供按需访问的计算、存储和网云操作系统通过Web浏览器提供应用程序云操作系统为开发人员提供应用程序构建和络资源,用户无需管理基础设施和数据存储,用户无需在本地安装软件运行所需的平台,支持快速部署和弹性扩展实时操作系统实时操作系统是一种特殊类型的操作系统,它能够在严格的时间约束条件下运行应用程序这种操作系统确保关键任务能够在预定的时间内得到响应和执行,广泛应用于工业控制、航空航天、医疗设备等领域实时操作系统具有快速响应、确定性和可靠性等特点它需要精确的时间管理和调度算法,以确保任务能够按时完成,避免延迟造成的严重后果分布式操作系统分布式操作系统是一种将计算任务和资源分散在多台互连计算机上的操作系统它旨在提高可靠性、可用性和效率分布式系统可以实现资源共享、负载均衡和容错等功能常用于大型数据处理、高性能计算和云计算等场景主要特点包括高可用性、可伸缩性、安全性和透明性分布式操作系统需要解决通信、同步、fault tolerance和安全等挑战操作系统的接口命令行界面图形用户界面通过输入文本命令来控制操作系统,广使用窗口、图标、菜单等直观的图形泛应用于服务器管理和开发环境元素,为用户提供更加友好的交互体验系统调用编程接口API应用程序通过与操作系统内核的接口操作系统提供各种编程接口,供开发者进行交互,实现访问硬件资源等功能调用以构建应用软件操作系统的命令行快捷高效深层控制命令行界面提供了快速执行各种通过命令行,用户可以深入操作系操作系统命令的能力,极大提高了统的内部功能,实现更精细的配置工作效率和管理脚本自动化专业技能命令行支持编写脚本程序,实现复熟练使用命令行是系统管理员和杂任务的自动化,减轻重复工作的开发人员的重要专业技能负担图形用户界面直观交互视觉效果多任务切换触摸交互图形用户界面GUI使用图形GUI通过精美的视觉设计,如色GUI支持多窗口管理和任务切现代GUI通过触摸屏等技术,提元素如图标、菜单和窗口,提彩搭配、动效等,增强用户体换,用户可以同时打开多个应供更加直观的操控方式,提高供直观、易于理解的交互方式验,提高软件的吸引力和专业用程序并快速在它们之间切换了移动设备的使用体验,降低了用户学习成本形象操作系统的系统调用用户态与内核态切换功能丰富多样12系统调用允许用户程序访问操系统调用涵盖文件操作、进程作系统内核提供的服务,需要在管理、内存管理、设备驱动等用户态和内核态之间进行切换众多操作系统核心功能提供抽象层确保系统安全稳定3API4系统调用为应用程序提供了一通过系统调用,操作系统可以对个标准化的编程接口,屏蔽底层关键资源进行有效管控,增强系硬件差异统安全性进程间通信方式管道消息队列Pipes管道提供了一种简单有效的进程消息队列是一种异步的通信方式,间通信方式,允许数据以流式传输进程可以将消息存储在队列中,供的方式在进程之间传输其他进程随时读取共享内存信号量共享内存允许多个进程访问同一信号量是一种用于进程同步和控块物理内存区域,提供了高效的数制访问共享资源的机制,能有效协据交换方式调并发进程的行为操作系统的虚拟化技术虚拟机容器技术虚拟化Hypervisor虚拟机是一种软件技术,可以在一台物理机容器技术是一种轻量级的虚拟化方式,可以Hypervisor是一种虚拟化软件,可以在同一上运行多个独立的操作系统这使得资源可在同一个操作系统内运行多个独立的应用程台物理机上同时运行多个虚拟机以得到更有效利用,同时提高了系统的灵活序容器拥有自己的文件系统、网络和进程Hypervisor负责管理和分配计算资源,确保性和扩展性空间,相互隔离但又可以共享资源各虚拟机的隔离与安全容器和虚拟机容器技术虚拟机技术12容器是一种轻量级、可移植的虚拟机是在硬件之上模拟的完虚拟化技术,可在同一个操作系整操作系统环境,提供更强大的统内快速部署和运行应用程序资源隔离和安全性容器虚拟机应用场景3vs.4容器更轻量、更快速,而虚拟机容器适合微服务架构,虚拟机则提供更强大的隔离,两种技术各更适用于独立运行的应用程序有优势或遗留系统操作系统的性能优化优化内存优化CPU通过调整CPU频率、核心数、线程数合理分配内存资源,减少内存溢出和内等参数来提高系统处理能力存泄漏,提高内存利用效率存储优化网络优化采用固态硬盘、RAID阵列等技术,降低调整网络协议参数,选择合适的网络硬I/O瓶颈,提高读写速度件,提高网络传输效率操作系统的安全性系统漏洞防御身份认证与权限控制加密和数据保护日志监控和审计操作系统需要不断修补安全漏严格的用户身份认证机制和精文件和数据的加密保护,可以全面的系统日志记录和监控分洞,及时发现并修复高风险漏细的权限控制,可以有效防止有效防止敏感信息被窃取同析,有助于及时发现并阻止安洞,以防止被黑客利用进行攻未授权访问和数据泄露时备份机制可以保护数据不被全事件的发生击丢失操作系统的未来发展云计算和边缘计算云计算和边缘计算技术将为操作系统带来更强大的计算能力和数据处理能力人工智能和机器学习人工智能和机器学习将被广泛应用于操作系统中,提高智能化水平安全和隐私保护操作系统将更加注重安全性和隐私保护,确保用户数据的安全可穿戴设备和物联网操作系统将适用于可穿戴设备和物联网,提供更加智能和无缝的体验总结与展望总结未来趋势回顾操作系统的历史发展、定义和功随着技术的不断进步,未来操作系统将能,以及各类操作系统的特点,让我们对更加智能化、虚拟化和安全化,满足人操作系统有更深入的了解们对复杂计算环境的需求创新与挑战未来展望操作系统仍将面临性能优化、跨平台我们期待操作系统在未来能为人类生兼容、隐私保护等诸多挑战,需要开发活和工作带来更多便利,提升整体的计者不断创新突破算体验。