操作系統的基本概念課件BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA目錄CONTENTS操作系統概述操作系統的結構操作系統的基本組件操作系統的并發性操作系統的安全性操作系統的應用與發展BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA01操作系統概述操作系統是計算機系統的核心軟件，負責管理和控制計算機硬件和軟件資源，為用戶提供便利的操作界面和環境。操作系統的主要功能包括資源管理、任務調度、內存管理、文件管理、設備驅動等。定義與功能功能定義桌面操作系統、服務器操作系統、移動操作系統等。根據使用環境開源操作系統、閉源操作系統等。根據授權方式單核操作系統、微內核操作系統等。根據架構操作系統的分類操作系統能夠同時處理多個任務，實現并發執行。并發性操作系統能夠實現資源的共享，包括硬件資源和軟件資源。共享性操作系統能夠將物理實體轉換為邏輯上的概念，為用戶提供方便的操作界面。虛擬性操作系統具有較高的穩定性，能夠保證計算機系統的正常運行。穩定性操作系統的基本特征BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA02操作系統的結構硬件抽象層（HAL）是操作系統的一部分，它為操作系統提供了一個與硬件交互的接口。HAL將硬件設備的細節抽象化，使得操作系統可以以一種與硬件無關的方式訪問硬件資源。HAL通過提供標準化的硬件接口，使得操作系統可以在不同的硬件平臺上運行，提高了可移植性和兼容性。硬件抽象層系統調用接口是操作系統提供給應用程序的編程接口，用于實現操作系統提供的各種服務。通過系統調用，應用程序可以請求操作系統提供的功能，例如文件操作、進程控制、網絡通信等。系統調用接口使得應用程序可以在統一的接口上使用操作系統提供的服務，簡化了應用程序的開發和維護。010203系統調用接口010203核心態（也稱為特權態）是操作系統的運行狀態，具有最高的權限級別。用戶態是應用程序的運行狀態，權限級別較低。核心態和用戶態的劃分有助于保護系統的穩定性和安全性，防止惡意程序對系統造成破壞。核心態與用戶態進程與線程管理線程是進程中的一個執行單元，一個進程可以包含多個線程。線程管理涉及線程的創建、同步、通信和調度等操作。進程是操作系統中一個獨立運行的任務，包含程序的執行實例和相關資源。進程管理涉及進程的創建、終止、阻塞和喚醒等操作。BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA03操作系統的基本組件處理器調度決定哪個進程在什么時候運行，以及運行多長時間。上下文切換保存和恢復運行進程的上下文，包括CPU寄存器、內存和狀態信息。多核處理管理多個核心上的進程分配，以實現并行處理。同步與通信確保進程間的正確協作，避免競態條件。處理器管理內存管理提供邏輯連續的地址空間給用戶，隱藏物理內存細節。虛擬內存磁盤管理文件系統01020403提供持久存儲和訪問數據的機制。分配和回收內存，以及進行內存保護。組織和優化磁盤空間的使用。存儲管理文件存儲將數據持久化到磁盤或其他存儲介質。文件系統備份與恢復確保數據的安全性和可用性。文件訪問控制限制不同用戶對文件的訪問權限。目錄結構提供層次化的目錄和文件組織方式。文件系統將物理設備映射到邏輯設備，隱藏設備差異。設備抽象發送命令給設備，執行相應的操作。設備控制監控設備的狀態，及時響應設備的請求和事件。設備狀態管理提高設備的性能和響應速度。設備性能優化設備驅動程序提供文本命令輸入和輸出的界面。命令行界面圖形用戶界面交互式界面可訪問性設計提供可視化的操作界面，如窗口、圖標和菜單等。通過觸摸、手勢或語音等方式與用戶進行交互。確保不同能力的用戶都能方便地使用操作系統。用戶界面BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA04操作系統的并發性多任務處理是指操作系統能夠同時處理多個任務的能力，包括用戶作業、系統作業、外部設備作業等。多任務處理可以提高系統資源的利用率，提高系統的吞吐量，滿足用戶對快速響應的需求。操作系統通過進程調度、分時處理等方式實現多任務處理，使得多個任務能夠交替執行。多任務處理進程互斥是指多個進程不能同時訪問某一共享資源，以避免發生沖突和不一致狀態。進程同步與互斥是操作系統中重要的概念，通過信號量、鎖等機制實現進程間的協調與控制。進程同步是指多個進程按照一定的順序執行，以保證系統資源的正確使用和系統狀態的正確性。進程同步與互斥

死鎖與饑餓問題死鎖是指多個進程在等待資源時形成的一種僵局狀態，每個進程都在等待其他進程釋放資源，但沒有任何一個進程能夠繼續執行。饑餓是指一個或多個進程由于其他進程的優先級高于自己而長時間得不到所需資源的現象。死鎖和饑餓問題可以通過資源分配圖、銀行家算法等手段進行預防和解決。0102信號量與管程管程是一種高級的同步機制，它提供了一種抽象的方法來管理共享資源，使得多個進程能夠以一種受控的方式訪問共享資源。信號量是一種用于實現進程同步與互斥的機制，它是一個整數值，用于表示共享資源的數量或狀態。BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA05操作系統的安全性拒絕服務攻擊通過大量請求擁塞系統資源，使系統無法正常處理合法請求。身份假冒攻擊者偽裝成合法用戶，獲取未授權訪問權限。惡意軟件包括病毒、蠕蟲、特洛伊木馬等，它們會破壞系統數據、干擾系統運行或竊取敏感信息。安全威脅與攻擊訪問控制限制對系統資源、數據和功能的訪問，確保只有授權用戶能夠執行特定操作。數據加密通過加密算法將數據轉換為不可讀的格式，只有擁有解密密鑰的用戶才能還原數據。安全審計記錄系統活動和事件，以便發現異常行為和潛在的安全威脅。安全策略與機制身份認證通過用戶名、密碼、令牌等方式驗證用戶身份，確保只有授權用戶能夠訪問系統資源。對稱加密使用相同的密鑰進行加密和解密，常見的對稱加密算法有AES、DES等。非對稱加密使用不同的密鑰進行加密和解密，公鑰用于加密，私鑰用于解密，常見的非對稱加密算法有RSA、ECC等。數字簽名通過加密算法生成數字簽名，用于驗證數據的完整性和來源。加密技術與認證BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA06操作系統的應用與發展嵌入式操作系統嵌入式操作系統是一種專為嵌入式系統設計的操作系統，具有實時性、可靠性和資源受限等特點。嵌入式操作系統廣泛應用于工業控制、智能家居、醫療設備等領域，為各種嵌入式設備提供高效、穩定和可靠的控制和管理功能。常見的嵌入式操作系統包括Linux、VxWorks、QNX等。網絡操作系統是一種為網絡環境設計的操作系統，具有強大的網絡管理和服務功能。網絡操作系統能夠提供文件共享、打印服務、郵件服務、Web服務等網絡服務，支持大規模網絡管理和維護。常見的網絡操作系統包括WindowsServer、Linux、NetWare等。網絡操作系統123分布式操作系統是一種將多個獨立計算機系統連接起來，形成一個統一的計算資源的操作系統。分布式操作系統能夠實現資源共享、負載均衡和容錯性，提高整個系統的可靠性和性能。常見的分布式操作系統包括WindowsNT、SunMicrosystems的Solaris等。分布式操作系統云操作系統01