《操作系統(tǒng)的介紹》課件

操作系統(tǒng)的介紹操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)管理和控制硬件資源以及軟件資源。它提供一個(gè)抽象層，讓用戶和應(yīng)用程序可以方便地使用硬件。什么是操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，它是連接硬件和軟件的橋梁，為用戶提供一個(gè)友好的界面，管理系統(tǒng)資源。資源管理操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)的硬件資源，例如CPU、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供訪問這些資源的接口。任務(wù)管理操作系統(tǒng)管理用戶的程序和數(shù)據(jù)，在多個(gè)程序之間切換，確保程序之間互不干擾，并提供用戶界面進(jìn)行操作。操作系統(tǒng)的功能管理計(jì)算機(jī)資源操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)的硬件資源，例如CPU、內(nèi)存、磁盤和打印機(jī)，并分配給不同的應(yīng)用程序。提供用戶界面操作系統(tǒng)提供用戶與計(jì)算機(jī)交互的界面，包括圖形界面和命令行界面，方便用戶操作。管理文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和組織文件，提供文件創(chuàng)建、刪除、復(fù)制和移動(dòng)等操作，方便用戶管理數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)支持操作系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)連接功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸、文件共享和遠(yuǎn)程訪問等網(wǎng)絡(luò)操作。操作系統(tǒng)的分類11.批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)是一種早期操作系統(tǒng)，它一次運(yùn)行一批作業(yè)，無需用戶干預(yù)。22.分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)允許多個(gè)用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，并共享系統(tǒng)資源。33.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要用于需要快速響應(yīng)時(shí)間和高可靠性的應(yīng)用，例如工業(yè)控制和航空航天。44.微機(jī)操作系統(tǒng)微機(jī)操作系統(tǒng)專為個(gè)人電腦而設(shè)計(jì)，具有用戶友好界面和豐富的應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史1早期操作系統(tǒng)20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了批處理操作系統(tǒng)，如IBM的OS/360。它們能夠自動(dòng)執(zhí)行一批任務(wù)，提高了計(jì)算機(jī)資源的利用率。2分時(shí)操作系統(tǒng)20世紀(jì)60年代，分時(shí)操作系統(tǒng)誕生，如Multics和Unix。這些系統(tǒng)允許多個(gè)用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，并共享系統(tǒng)資源。3現(xiàn)代操作系統(tǒng)20世紀(jì)70年代至今，出現(xiàn)了各種類型的現(xiàn)代操作系統(tǒng)，如Windows，macOS和Linux。它們提供了圖形用戶界面，多任務(wù)處理，網(wǎng)絡(luò)功能以及其他高級(jí)功能。批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)的特點(diǎn)作業(yè)被預(yù)先收集起來，并按順序執(zhí)行。特點(diǎn)沒有交互，用戶無法干預(yù)作業(yè)的執(zhí)行。應(yīng)用場(chǎng)景適用于科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)等大量重復(fù)性任務(wù)。分時(shí)操作系統(tǒng)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)分時(shí)操作系統(tǒng)將CPU時(shí)間分成許多時(shí)間片，輪流分配給多個(gè)用戶，每個(gè)用戶都擁有一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程。交互式操作用戶可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行交互，獲得及時(shí)的響應(yīng)。多任務(wù)處理多個(gè)用戶可以在同一時(shí)間使用系統(tǒng)，多個(gè)程序可以同時(shí)運(yùn)行，提高系統(tǒng)效率。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必須在嚴(yán)格的時(shí)間限制內(nèi)響應(yīng)事件。確定性實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的行為必須是可預(yù)測(cè)的，確保響應(yīng)時(shí)間一致?？煽啃詫?shí)時(shí)操作系統(tǒng)需要高度可靠，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。微機(jī)操作系統(tǒng)MacOS專為蘋果電腦設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，以用戶友好和美觀著稱，擁有強(qiáng)大的圖形界面和豐富的應(yīng)用程序。Windows微軟公司開發(fā)的圖形用戶界面操作系統(tǒng)，在個(gè)人電腦領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位，支持各種硬件和軟件。Linux開源操作系統(tǒng)，擁有廣泛的版本和發(fā)行版，以穩(wěn)定性和可定制性而聞名，在服務(wù)器和嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。Windows操作系統(tǒng)Windows操作系統(tǒng)是世界上使用最廣泛的操作系統(tǒng)之一。它由微軟公司開發(fā)，目前已有超過10億臺(tái)設(shè)備使用它。Windows操作系統(tǒng)是一個(gè)圖形用戶界面(GUI)操作系統(tǒng)，它使用戶能夠輕松地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。Windows支持多種硬件和軟件，提供了強(qiáng)大的功能，例如多任務(wù)處理、多用戶支持和網(wǎng)絡(luò)功能。Windows操作系統(tǒng)經(jīng)歷了多個(gè)版本的演變，從早期的Windows95到最新的Windows11。每個(gè)版本都帶來了新的功能和改進(jìn)，以滿足不斷變化的用戶需求。Unix/Linux操作系統(tǒng)Unix和Linux操作系統(tǒng)是世界上最流行的操作系統(tǒng)之一。它們以其穩(wěn)定性、安全性、可移植性和開源性而聞名。Unix是一個(gè)多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)，最初由貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)。Linux是一個(gè)基于Unix的操作系統(tǒng)，由LinusTorvalds開發(fā)。它們都提供了強(qiáng)大的命令行界面，并支持各種編程語言和應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)的內(nèi)核11.內(nèi)核概述內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，管理系統(tǒng)資源，提供系統(tǒng)服務(wù)。22.內(nèi)核類型單內(nèi)核、微內(nèi)核、混合內(nèi)核，各有優(yōu)劣，滿足不同系統(tǒng)需求。33.內(nèi)核功能進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備管理等，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。44.內(nèi)核設(shè)計(jì)注重效率、可靠性、安全性，滿足現(xiàn)代系統(tǒng)復(fù)雜需求。進(jìn)程管理進(jìn)程的概念進(jìn)程是程序執(zhí)行的一個(gè)實(shí)例，是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程可能處于運(yùn)行、就緒、阻塞等狀態(tài)，操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度。進(jìn)程調(diào)度調(diào)度算法決定了進(jìn)程運(yùn)行的順序和時(shí)間片分配，影響系統(tǒng)性能。內(nèi)存管理內(nèi)存分配操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)分配和回收內(nèi)存空間，確保各個(gè)進(jìn)程都能獲取所需內(nèi)存資源。操作系統(tǒng)使用不同的內(nèi)存分配策略，如分頁、分段等，優(yōu)化內(nèi)存利用率。內(nèi)存保護(hù)操作系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程設(shè)置內(nèi)存邊界，防止進(jìn)程訪問其他進(jìn)程的內(nèi)存空間，保證系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。內(nèi)存保護(hù)機(jī)制可防止惡意程序攻擊，確保系統(tǒng)安全。文件管理文件組織文件管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理文件和目錄結(jié)構(gòu)，提供創(chuàng)建、刪除、重命名、復(fù)制、移動(dòng)等操作，以便用戶高效地訪問和管理文件。訪問控制操作系統(tǒng)通過權(quán)限控制機(jī)制，確保只有授權(quán)用戶才能訪問特定文件，保護(hù)文件完整性和安全性。數(shù)據(jù)備份文件管理系統(tǒng)支持備份和恢復(fù)功能，防止數(shù)據(jù)丟失，保障用戶數(shù)據(jù)安全。共享機(jī)制操作系統(tǒng)提供文件共享功能，允許多個(gè)用戶或程序訪問同一個(gè)文件，提高資源利用率。設(shè)備管理1硬件抽象層操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口，屏蔽硬件差異。2設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序特定硬件設(shè)備的軟件，允許操作系統(tǒng)控制硬件。3設(shè)備分配和管理管理設(shè)備訪問，避免沖突，并有效利用資源。4輸入輸出操作處理應(yīng)用程序與硬件之間的通信，例如文件讀寫和網(wǎng)絡(luò)傳輸。安全與保護(hù)用戶身份驗(yàn)證保護(hù)系統(tǒng)資源免受未經(jīng)授權(quán)的訪問，例如密碼和生物識(shí)別技術(shù)。訪問控制限制用戶對(duì)特定文件、目錄和系統(tǒng)資源的訪問權(quán)限。數(shù)據(jù)加密通過加密算法保護(hù)敏感數(shù)據(jù)，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。惡意軟件防御使用反病毒軟件、防火墻和入侵檢測(cè)系統(tǒng)來保護(hù)系統(tǒng)免受惡意軟件的攻擊。操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)內(nèi)核內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)資源，如CPU、內(nèi)存、磁盤等。系統(tǒng)調(diào)用接口用戶程序通過系統(tǒng)調(diào)用接口與內(nèi)核交互，請(qǐng)求內(nèi)核執(zhí)行操作。用戶程序用戶程序是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序，如文本編輯器、瀏覽器等。操作系統(tǒng)的服務(wù)用戶界面提供用戶與操作系統(tǒng)交互的界面，例如圖形界面或命令行界面。文件管理管理文件和目錄，提供創(chuàng)建、刪除、復(fù)制、移動(dòng)等操作。程序執(zhí)行加載并執(zhí)行應(yīng)用程序，管理程序之間的資源分配和通信。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供磁盤空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，包括文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理。系統(tǒng)調(diào)用定義系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核之間進(jìn)行交互的接口。程序員使用系統(tǒng)調(diào)用來訪問操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，例如文件讀寫、內(nèi)存分配和進(jìn)程創(chuàng)建。作用系統(tǒng)調(diào)用提供了一種安全且受控的方式，讓用戶程序訪問系統(tǒng)資源。它確保用戶程序無法直接訪問硬件，防止程序錯(cuò)誤或惡意軟件破壞系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的引導(dǎo)過程1加載引導(dǎo)程序從BIOS或UEFI開始執(zhí)行。2引導(dǎo)加載器加載操作系統(tǒng)內(nèi)核。3內(nèi)核初始化啟動(dòng)關(guān)鍵系統(tǒng)服務(wù)。4設(shè)備驅(qū)動(dòng)加載為硬件設(shè)備提供支持。操作系統(tǒng)引導(dǎo)過程始于硬件啟動(dòng)，BIOS或UEFI加載引導(dǎo)加載器，然后引導(dǎo)加載器加載操作系統(tǒng)內(nèi)核。內(nèi)核初始化系統(tǒng)服務(wù)，例如內(nèi)存管理、進(jìn)程調(diào)度和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序加載。引導(dǎo)過程完成后，操作系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，可以執(zhí)行用戶程序。操作系統(tǒng)的啟動(dòng)過程1加載引導(dǎo)程序從硬盤讀取引導(dǎo)扇區(qū)2初始化硬件檢測(cè)并配置硬件設(shè)備3加載內(nèi)核將內(nèi)核文件復(fù)制到內(nèi)存4啟動(dòng)系統(tǒng)服務(wù)初始化系統(tǒng)核心組件5用戶登錄提供用戶界面，允許用戶登錄操作系統(tǒng)啟動(dòng)過程是一個(gè)復(fù)雜的步驟，涉及從加載引導(dǎo)程序到啟動(dòng)系統(tǒng)服務(wù)的多個(gè)階段。引導(dǎo)程序是啟動(dòng)操作系統(tǒng)的第一步，它讀取并加載內(nèi)核，將內(nèi)核復(fù)制到內(nèi)存中，并啟動(dòng)系統(tǒng)服務(wù)。系統(tǒng)服務(wù)包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理和設(shè)備管理等，它們是操作系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。操作系統(tǒng)的關(guān)閉過程用戶退出用戶選擇關(guān)閉系統(tǒng)選項(xiàng)，發(fā)出關(guān)閉命令。系統(tǒng)清理操作系統(tǒng)執(zhí)行清理操作，包括關(guān)閉應(yīng)用程序、釋放內(nèi)存和保存數(shù)據(jù)。關(guān)閉設(shè)備操作系統(tǒng)關(guān)閉所有硬件設(shè)備，例如硬盤、鍵盤和鼠標(biāo)。重啟操作系統(tǒng)將控制權(quán)轉(zhuǎn)移到引導(dǎo)程序，開始重新啟動(dòng)過程。操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)指標(biāo)描述吞吐量單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)處理的任務(wù)數(shù)量響應(yīng)時(shí)間系統(tǒng)對(duì)用戶請(qǐng)求做出響應(yīng)所需的時(shí)間CPU利用率CPU處于繁忙狀態(tài)的時(shí)間百分比內(nèi)存利用率內(nèi)存被使用的程度磁盤I/O吞吐量單位時(shí)間內(nèi)磁盤讀寫數(shù)據(jù)的數(shù)量網(wǎng)絡(luò)吞吐量單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾什僮飨到y(tǒng)的性能優(yōu)化資源利用率提高CPU、內(nèi)存、磁盤等資源的利用效率。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間縮短用戶請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間，提高用戶體驗(yàn)。系統(tǒng)吞吐量提升系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)處理的任務(wù)數(shù)量。安全性增強(qiáng)系統(tǒng)安全性，防范惡意攻擊和數(shù)據(jù)泄露。虛擬化技術(shù)虛擬化虛擬化技術(shù)允許在單個(gè)物理硬件平臺(tái)上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例。虛擬化層作為虛擬機(jī)和物理硬件之間的橋梁，管理資源分配并提供隔離機(jī)制。類型虛擬化主要包括系統(tǒng)虛擬化和進(jìn)程虛擬化兩種。系統(tǒng)虛擬化創(chuàng)建完整的操作系統(tǒng)環(huán)境，而進(jìn)程虛擬化在共享內(nèi)核上運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程。優(yōu)勢(shì)虛擬化提高了資源利用率，降低了硬件成本，并簡化了管理和維護(hù)。它還提供了靈活性和可擴(kuò)展性，允許快速部署和擴(kuò)展應(yīng)用程序。容器技術(shù)輕量級(jí)虛擬化容器技術(shù)利用操作系統(tǒng)內(nèi)核的資源，提供更輕量級(jí)的虛擬化，與傳統(tǒng)的虛擬機(jī)相比，啟動(dòng)速度更快、資源占用更少。資源隔離容器將應(yīng)用程序及其依賴項(xiàng)打包在一起，實(shí)現(xiàn)資源隔離，每個(gè)容器之間相互獨(dú)立，不會(huì)相互影響?？梢浦残匀萜骺梢暂p松地在不同的平臺(tái)上運(yùn)行，跨平臺(tái)的兼容性高，便于應(yīng)用程序的部署和遷移?？蓴U(kuò)展性容器技術(shù)支持水平擴(kuò)展，可以根據(jù)需要快速增加或減少容器實(shí)例，提高應(yīng)用程序的可用性和性能。云計(jì)算中的操作系統(tǒng)云操作系統(tǒng)為云計(jì)算環(huán)境而設(shè)計(jì)，提供虛擬化、資源管理、安全等功能。云平臺(tái)例如AmazonEC2、GoogleComputeEngine、MicrosoftAzure等，提供云操作系統(tǒng)。虛擬機(jī)云操作系統(tǒng)運(yùn)行在虛擬機(jī)中，可以快速創(chuàng)建和銷毀。云資源管理云操作系統(tǒng)管理云平臺(tái)的資源，包括CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)等。物聯(lián)網(wǎng)中的操作系統(tǒng)資源受限物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常具有有限的處理能力、內(nèi)存和存儲(chǔ)空間，需要專門的操作系統(tǒng)來管理這些資源。低功耗為了延長電池壽命，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)需要優(yōu)化功耗，支持休眠模式和低功耗通信協(xié)議。安全物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，安全至關(guān)重要。操作系統(tǒng)需要提供安全功能，如身份驗(yàn)證、訪問控制和數(shù)據(jù)加密。連接性物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)需要支持各種通信協(xié)議，如Wi-Fi、藍(lán)牙、蜂窩網(wǎng)絡(luò)和LPWAN，以便設(shè)備能夠連接到互聯(lián)網(wǎng)。未來操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)人工智能未來操作系統(tǒng)將會(huì)更加智能化，能夠自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)用戶的行為習(xí)慣，提供更個(gè)性化的服務(wù)。例如，自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)配置、優(yōu)化資源分配，以及提供智能化的應(yīng)用建議。云計(jì)算云計(jì)算將成為未來操作系統(tǒng)的重要組成部分，操作系統(tǒng)將以云服務(wù)的形式提供，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問操作系統(tǒng)，并享受到云服務(wù)帶來的便利性。物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)將連接大量的設(shè)備，未來操作系統(tǒng)需要支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理和控制，并提供安全可靠的通信機(jī)制。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將與操作系統(tǒng)結(jié)合，提供更豐富、更直觀的交互體驗(yàn)，用戶可以通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技