【课件】操作系统概述

操作系统概述操作系统是计算机科学中的核心概念本课程将深入探讨其定义、历史、特点和功能我们还将分析不同类型的操作系统及其基本组成操作系统的定义和作用系统软件资源管理操作系统是管理计算机硬件和软它负责处理、管理和协调计算机件资源的系统软件的各种资源用户界面为用户提供与计算机交互的界面，简化操作过程操作系统的历史发展年代19401最早的计算机没有操作系统，程序直接控制硬件年代19502批处理系统出现，提高了计算机的效率年代19603多道程序设计和分时系统诞生，允许多用户同时使用年代至今19704个人计算机操作系统兴起，图形用户界面普及操作系统的特点安全性高效性兼容性易用性保护系统资源和用户数据不被优化资源分配，提高系统整体支持各种硬件设备和应用程提供友好的用户界面，简化操非法访问运行效率序作过程操作系统的功能进程管理1内存管理2文件系统3设备驱动4用户界面5操作系统的核心功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备驱动管理和用户界面提供这些功能共同确保计算机系统的高效运行操作系统的分类单用户系统多用户系统如早期的MS-DOS，只支持一个用户使用如UNIX，允许多个用户同时访问系统资源实时系统分布式系统如工业控制系统，要求快速响应外部事件如云计算平台，资源分布在网络中的多台计算机上单任务操作系统定义特点单任务操作系统一次只能运行一个程序用户必须等待当前任务•资源占用少完成才能开始下一个•结构简单•适用于简单设备多任务操作系统并发执行同时运行多个程序资源共享多个任务共享系统资源任务调度合理分配CPU时间用户交互允许用户切换不同任务批处理操作系统作业提交1用户提交一批作业作业排队2系统将作业放入队列自动执行3系统自动依次处理作业结果输出4处理完成后输出结果时分多任务操作系统时间片轮转多用户支持CPU时间被分成小片段，轮流分配给允许多个用户同时使用系统资源不同任务快速切换任务之间快速切换，给用户并行执行的错觉实时操作系统及时响应可预测性能够在规定的时间内响应外部事系统行为具有高度的可预测性件可靠性应用领域在各种条件下都能保持稳定运广泛应用于工业控制、航空航天行等领域嵌入式操作系统特点应用•体积小•智能手机•资源占用少•家用电器•功能专一•汽车电子系统集中式操作系统中央处理1资源集中2统一管理3终端访问4集中式操作系统将所有计算资源集中在一个中央计算机上用户通过终端设备访问中央计算机的资源这种结构简化了系统管理，但可能存在单点故障风险分布式操作系统资源分散计算资源分布在网络中的多台计算机上协同工作多台计算机协同工作，共同完成任务负载均衡系统自动分配任务，平衡各节点负载高可靠性单个节点故障不会导致整个系统崩溃操作系统的基本组成内核Shell操作系统的核心部分，负责最基本的命令解释器，提供用户与内核交互的功能接口系统程序文件系统提供常用系统服务的应用程序集合管理存储设备上的文件和目录进程管理进程创建1为新任务分配资源，创建进程控制块调度2决定哪个进程获得CPU时间同步3协调多个进程的执行顺序通信4实现进程间的数据交换终止5回收进程占用的系统资源存储管理内存分配地址转换为进程分配内存空间将逻辑地址转换为物理地址内存保护虚拟内存防止进程访问未授权的内存区扩展物理内存，实现更大的地址域空间文件管理文件组织文件检索管理文件的存储结构和访问方法提供快速查找和访问文件的机制访问控制备份恢复实现文件的安全保护和权限管理保护文件系统数据，防止意外丢失设备管理功能目标•设备驱动程序管理•提高设备利用率•设备分配与回收•简化用户操作•设备独立性实现•实现设备共享用户界面命令行界面（）图形用户界面（）自然语言用户界面（）CLI GUINUI通过输入命令与系统交互，适合高级使用图形元素，如窗口、图标等，操通过语音、手势等自然方式与系统交用户作直观互操作系统的体系结构用户界面1系统调用2内核3硬件抽象层4硬件5操作系统的体系结构从底层硬件到顶层用户界面，逐层抽象每一层都为上层提供服务，同时隐藏了下层的复杂性这种分层设计提高了系统的模块化和可维护性单内核结构特点缺点•所有系统服务运行在内核空间•内核庞大，难以维护•系统调用直接访问内核功能•单个模块故障可能导致整个系统崩溃•结构紧凑，执行效率高•扩展性较差微内核结构最小化内核只保留最基本的功能用户空间服务大部分系统服务运行在用户空间消息传递通过消息传递实现组件间通信模块化设计便于系统扩展和维护分层结构应用层1用户应用程序用户界面层2提供用户交互接口程序执行层3管理进程和线程设备管理层4控制硬件设备硬件层5物理硬件设备虚拟机结构资源虚拟化隔离性将物理资源抽象为虚拟资源不同虚拟机之间相互独立灵活部署资源优化便于系统迁移和备份提高硬件资源利用率开源操作系统Linux FreeBSD最广泛使用的开源操作系统强大的服务器操作系统Android ReactOS基于Linux的移动设备操作系统开源Windows替代品操作系统Linux特点应用领域•开源免费•服务器市场•高度可定制•嵌入式系统•稳定可靠•超级计算机•多用户多任务•个人桌面操作系统WindowsWindows

1.011985年发布，图形界面革新Windows952普及个人电脑操作系统Windows XP3稳定性和用户体验大幅提升Windows104统一多设备平台操作系统MacOS设计理念安全性注重用户体验和界面美观内置多重安全机制，病毒感染率低生态系统应用场景与其他Apple设备无缝集成广泛应用于创意设计和开发领域操作系统的发展趋势云操作系统基于云计算的新型操作系统AI集成人工智能深度融入操作系统物联网OS适应物联网设备的特殊需求安全强化更注重系统安全和隐私保护结论核心地位持续演进操作系统是计算机系统的核心，操作系统不断发展，适应新技术连接硬件和应用软件和用户需求多样化未来展望不同应用场景催生了各种类型的人工智能和物联网将推动操作系操作系统统的进一步创新。