計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課件-第4章-計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課件-第4章-計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的定義與功能01計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件管理和控制計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的程序?yàn)橛脩艉蛻?yīng)用程序提供接口和服務(wù)操作系統(tǒng)的重要性管理系統(tǒng)資源，提高資源利用率為用戶提供友好的操作界面支持多任務(wù)，提高計(jì)算機(jī)的效率什么是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)及其重要性內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理、設(shè)備管理分配和回收計(jì)算機(jī)資源資源管理進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度、同步和通信保證系統(tǒng)的并發(fā)性和穩(wěn)定性進(jìn)程管理提供命令行接口、圖形用戶接口、觸摸用戶接口使用戶能夠方便地操作計(jì)算機(jī)用戶接口計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的功能概述計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的分類(lèi)按應(yīng)用領(lǐng)域分類(lèi)桌面操作系統(tǒng)（如Windows、macOS）服務(wù)器操作系統(tǒng)（如Linux、WindowsServer）嵌入式操作系統(tǒng)（如Android、iOS）按架構(gòu)分類(lèi)單一架構(gòu)操作系統(tǒng)（如Windows）微內(nèi)核架構(gòu)操作系統(tǒng)（如Linux）混合架構(gòu)操作系統(tǒng)（如macOS）計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與發(fā)展02操作系統(tǒng)的心臟，負(fù)責(zé)資源管理、進(jìn)程調(diào)度具有最低特權(quán)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性內(nèi)核硬件設(shè)備的接口，使操作系統(tǒng)能夠控制硬件設(shè)備包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)等驅(qū)動(dòng)程序?yàn)橛脩籼峁┎僮飨到y(tǒng)的接口，如命令行界面、圖形界面使用戶能夠方便地操作計(jì)算機(jī)用戶接口??????計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1960年代：第一代操作系統(tǒng)（如IBM7094的OS/360）單一任務(wù)，批處理系統(tǒng)操作系統(tǒng)與硬件緊密耦合011970年代：第二代操作系統(tǒng)（如UNIX、VAX/VMS）多任務(wù)，多用戶系統(tǒng)操作系統(tǒng)與硬件解耦，具有可移植性021980年代至今：第三代操作系統(tǒng)（如Windows、Linux、macOS）圖形用戶界面，面向?qū)ο缶幊叹W(wǎng)絡(luò)功能，支持分布式計(jì)算03計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如傳感器、執(zhí)行器等低功耗、低資源消耗人工智能操作系統(tǒng)支持人工智能算法，如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)處理和分析量子操作系統(tǒng)支持量子計(jì)算，如量子比特、量子邏輯門(mén)研究量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算的兼容性計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)常見(jiàn)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介03由微軟公司開(kāi)發(fā)第一代Windows于1985年發(fā)布目前最新版本為Windows1101用戶界面圖形用戶界面，支持多任務(wù)提供開(kāi)始菜單、任務(wù)欄等組件02應(yīng)用軟件支持多種應(yīng)用軟件，如Office、VisualStudio等支持硬件驅(qū)動(dòng)，兼容性強(qiáng)03Windows操作系統(tǒng)概述由林納斯·托瓦茲（LinusTorvalds）開(kāi)發(fā)1991年發(fā)布第一個(gè)版本目前最新版本為L(zhǎng)inux5.14開(kāi)源操作系統(tǒng)源代碼開(kāi)放，可免費(fèi)獲取和使用有龐大的開(kāi)發(fā)者社區(qū)，支持多種發(fā)行版應(yīng)用軟件支持多種應(yīng)用軟件，如Firefox、OpenOffice等支持硬件驅(qū)動(dòng)，兼容性強(qiáng)Linux操作系統(tǒng)概述1984年發(fā)布第一個(gè)版本，名為Macintosh目前最新版本為macOSMonterey由蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)用戶界面圖形用戶界面，支持多任務(wù)提供Dock、Finder等組件應(yīng)用軟件支持多種應(yīng)用軟件，如Safari、iWork等支持硬件驅(qū)動(dòng)，兼容性強(qiáng)macOS操作系統(tǒng)概述??????計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的用戶接口04通過(guò)命令行輸入指令操作計(jì)算機(jī)指令包括內(nèi)部命令和外部命令可以進(jìn)行文件操作、進(jìn)程管理等01命令行接口的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)潔、高效，適合專(zhuān)業(yè)人士使用可以通過(guò)腳本自動(dòng)化操作02命令行接口的缺點(diǎn)學(xué)習(xí)曲線較陡，用戶友好性較差不適合可視化操作和大量重復(fù)性工作03命令行用戶接口通過(guò)圖形界面操作計(jì)算機(jī)以窗口、圖標(biāo)等形式展示信息和操作選項(xiàng)用戶可以通過(guò)點(diǎn)擊、拖動(dòng)等操作進(jìn)行操作圖形用戶接口的優(yōu)點(diǎn)用戶友好，易于上手適合可視化操作和大量重復(fù)性工作圖形用戶接口的缺點(diǎn)資源消耗較大，性能較低不適合專(zhuān)業(yè)人士和復(fù)雜操作圖形用戶接口??????通過(guò)觸摸屏幕操作計(jì)算機(jī)支持多點(diǎn)觸摸，提供手勢(shì)操作適用于智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備觸摸用戶接口的優(yōu)點(diǎn)用戶友好，操作簡(jiǎn)便適合移動(dòng)設(shè)備和便攜場(chǎng)景觸摸用戶接口的缺點(diǎn)觸摸屏幕尺寸有限，不適合大量文字輸入不適合專(zhuān)業(yè)場(chǎng)景和復(fù)雜操作觸摸用戶接口計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理05進(jìn)程是程序的執(zhí)行實(shí)例進(jìn)程包括程序代碼、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)資源等進(jìn)程是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配的基本單位進(jìn)程的分類(lèi)守護(hù)進(jìn)程：后臺(tái)運(yùn)行，為其他進(jìn)程提供服務(wù)交互進(jìn)程：與用戶交互，如命令行界面、圖形界面批處理進(jìn)程：批處理任務(wù)，如編譯、計(jì)算進(jìn)程的概念與分類(lèi)進(jìn)程的創(chuàng)建與終止進(jìn)程的創(chuàng)建系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建進(jìn)程函數(shù)，分配系統(tǒng)資源復(fù)制父進(jìn)程的代碼、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)資源初始化進(jìn)程的上下文環(huán)境，開(kāi)始執(zhí)行進(jìn)程的終止系統(tǒng)調(diào)用終止進(jìn)程函數(shù)，釋放系統(tǒng)資源銷(xiāo)毀進(jìn)程的代碼、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)資源終止進(jìn)程的上下文環(huán)境，釋放CPU進(jìn)程的同步與互斥進(jìn)程同步確保多個(gè)進(jìn)程按照一定的順序執(zhí)行使用信號(hào)量、互斥量等同步機(jī)制進(jìn)程互斥防止多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)共享資源使用互斥量等互斥機(jī)制計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理06內(nèi)存是計(jì)算機(jī)的臨時(shí)存儲(chǔ)空間用于存儲(chǔ)程序代碼、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)資源等內(nèi)存分為主存和輔存內(nèi)存的分類(lèi)主存：RAM，易失性存儲(chǔ)，用于臨時(shí)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)輔存：硬盤(pán)、固態(tài)硬盤(pán)等，非易失性存儲(chǔ)，用于長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序內(nèi)存的基本概念與分類(lèi)內(nèi)存分配系統(tǒng)調(diào)用分配內(nèi)存函數(shù)，為進(jìn)程分配主存空間根據(jù)進(jìn)程的需求和內(nèi)存的可用性進(jìn)行分配內(nèi)存回收系統(tǒng)調(diào)用回收內(nèi)存函數(shù)，釋放已分配的主存空間根據(jù)內(nèi)存的使用情況和進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行回收內(nèi)存的分配與回收內(nèi)存的保護(hù)與虛擬化內(nèi)存保護(hù)防止一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)另一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間使用內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，如地址空間隔離、訪問(wèn)權(quán)限控制內(nèi)存虛擬化將主存空間分割成多個(gè)虛擬內(nèi)存空間，提供給不同的進(jìn)程使用使用虛擬內(nèi)存機(jī)制，如頁(yè)面置換算法、內(nèi)存映射文件計(jì)算機(jī)文件系統(tǒng)07文件系統(tǒng)的基本概念文件系統(tǒng)是管理文件和目錄的系統(tǒng)文件是數(shù)據(jù)的集合，目錄是文件的集合文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理文件的存儲(chǔ)、檢索、刪除等操作文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，如文件、目錄、塊文件系統(tǒng)索引結(jié)構(gòu)，如B樹(shù)、哈希表文件的存儲(chǔ)文件存儲(chǔ)在輔存上，如硬盤(pán)、固態(tài)硬盤(pán)等文件在輔存上按照文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)文件的組織文件的邏輯結(jié)構(gòu)：記錄文件的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)文件的物理結(jié)構(gòu)：記錄文件在輔存上的存儲(chǔ)方式和位置文件的存儲(chǔ)與組織文件的操作創(chuàng)建文件、讀取文件、寫(xiě)入文件、刪除文件等使用系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行文件操作文件的保護(hù)保護(hù)文件的訪問(wèn)權(quán)限，如讀、寫(xiě)、執(zhí)行權(quán)限保護(hù)文件的隱私和完整性，如加密、數(shù)字簽名文件的操作與保護(hù)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)安全08計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)安全概述操作系統(tǒng)安全是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源操作系統(tǒng)安全關(guān)系到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性操作系統(tǒng)安全的目標(biāo)保密性：防止敏感信息泄露完整性：防止數(shù)據(jù)篡改和破壞可用性：防止系統(tǒng)資源被非法占用和破壞計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)安全策略訪問(wèn)控制策略控制用戶對(duì)系統(tǒng)資源的訪問(wèn)，如文件、設(shè)備使用訪問(wèn)控制列表、能力表等機(jī)制認(rèn)證策略驗(yàn)證用戶的身份，如用戶名、密碼、生物特征等使用認(rèn)證機(jī)制，如密碼認(rèn)證、證書(shū)認(rèn)證等審計(jì)策略記錄系統(tǒng)事件，如用戶操作、系統(tǒng)故障等使用審計(jì)機(jī)制，如日志審計(jì)、實(shí)