《操作系統(tǒng)》課件

1、鴻蒙系統(tǒng)的誕生拉開了永久性改變操作系統(tǒng)全球格局的序幕。華為的堅(jiān)強(qiáng)抵抗為中國(guó)其他相關(guān)制造商提供了喘息的時(shí)間，這尤其使華為的屹立不倒具有了全局意義。中國(guó)的各家廠商彼此既是競(jìng)爭(zhēng)者，又組成了一個(gè)微妙但卻真實(shí)的利益共同體。讓鴻蒙的生態(tài)系統(tǒng)建立起來(lái)，這不僅對(duì)華為生死攸關(guān)，也是中國(guó)所有相關(guān)制造商未來(lái)生存環(huán)境的一個(gè)決定性砝碼。 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要空間基礎(chǔ)設(shè)施。相關(guān)產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、測(cè)繪地理信息、森林防火、通信時(shí)統(tǒng)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)

2、、應(yīng)急搜救等領(lǐng)域。引 言 課程特點(diǎn)：概念多、原理性強(qiáng)、較抽象課程學(xué)習(xí)目的：基礎(chǔ)核心課、有利于對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解和軟件開發(fā)課程學(xué)習(xí)方法：以問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)、理論聯(lián)系實(shí)際課程學(xué)習(xí)難點(diǎn)：概念、原理、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緒 論 操作系統(tǒng)是伴隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，逐步形成、發(fā)展和成熟起來(lái)的。桌面OS(windows系列、macOS、linux)服務(wù)器OS(linux、windows server)嵌入式OS移動(dòng)設(shè)備OS(IOS、android)主流操作系統(tǒng)本章內(nèi)容1.1 操作系統(tǒng)的概念1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展1.3 操作系統(tǒng)的基本類型1.4 操作系統(tǒng)的特征和功能1.5 操作系統(tǒng)接口1.6 操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境與內(nèi)核1

3、.7 操作系統(tǒng)安全概述1.1 操作系統(tǒng)的概念軟件硬件完成一定任務(wù)的程序及其數(shù)據(jù)。包括系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由電子、機(jī)械、電氣、光學(xué)和磁學(xué)等元器件構(gòu)成的各種部件和設(shè)備。1.1.1 操作系統(tǒng)的地位和作用運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算存儲(chǔ)二進(jìn)制信息按程序要求控制各功能部件協(xié)調(diào)一致工作將用戶形式轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的信息將計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制轉(zhuǎn)為用戶可識(shí)別的信息計(jì)算機(jī)的基本組成1.1.1 操作系統(tǒng)的地位和作用應(yīng)用程序 編譯程序 編輯程序 操作系統(tǒng)裸機(jī) 計(jì)算機(jī)硬件和軟件以及軟件的各部分之間形成了一種層次結(jié)構(gòu)的關(guān)系。操作系統(tǒng)是配置在計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件，是對(duì)

4、硬件的首次擴(kuò)充。它位于硬件與其它軟件之間，是所有其他軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。 操作系統(tǒng)的地位1.1.1 操作系統(tǒng)的地位和作用操作系統(tǒng)的作用提供了用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口。為用戶提供了虛擬機(jī)。充當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者。1.1.2 用戶觀點(diǎn) 從用戶觀點(diǎn)看：操作系統(tǒng)是用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口。用戶操作計(jì)算機(jī)的界面稱為用戶接口（或用戶界面），通過(guò)用戶接口，用戶只需進(jìn)行簡(jiǎn)單操作，就能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用處理。1.1.3 系統(tǒng)觀點(diǎn)處理器存儲(chǔ)器外部設(shè)備文件操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者。其主要任務(wù)是對(duì)處理器的時(shí)間進(jìn)行合理分配、對(duì)處理器的運(yùn)行實(shí)施有效的管理。存儲(chǔ)器管理。由于多道程序共享內(nèi)存資源，所以存儲(chǔ)器管理的主要

5、任務(wù)是對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充。設(shè)備管理。根據(jù)確定的設(shè)備分配原則對(duì)設(shè)備進(jìn)行分配，使設(shè)備與主機(jī)能夠并行工作，為用戶提供良好的設(shè)備使用界面。文件管理。有效地管理文件的存儲(chǔ)空間，合理地組織和管理文件系統(tǒng)，為文件訪問和文件保護(hù)提供更有效的方法及手段。1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 從1946年到20世紀(jì)50年代中后期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上沒有配置操作系統(tǒng)，人們使用計(jì)算機(jī)采用手工操作方式。用戶使用計(jì)算機(jī)的過(guò)程大致如下：先將程序紙帶（或卡片）裝入輸入機(jī)然后啟動(dòng)輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)接著通過(guò)控制臺(tái)開關(guān)啟動(dòng)程序運(yùn)行當(dāng)程序運(yùn)行完畢，由用戶取走紙帶和計(jì)算結(jié)果1.2.1手工操作階段1.2.2 早期的批處理系統(tǒng)在完成了一批

6、作業(yè)后，監(jiān)督程序又控制輸入另一批作業(yè)到磁帶上，并按上述步驟重復(fù)處理操作員將若干作業(yè)合成一批輸入到磁帶上監(jiān)督程序自動(dòng)把磁帶上該批作業(yè)的第一個(gè)調(diào)入內(nèi)存編譯由裝配程序把編譯結(jié)果裝入內(nèi)存啟動(dòng)執(zhí)行該作業(yè)運(yùn)行結(jié)束后輸出結(jié)果第一個(gè)作業(yè)完成后，監(jiān)督程序調(diào)入第二個(gè)作業(yè)并重復(fù)上述過(guò)程，直到該批作業(yè)全部完成聯(lián)機(jī)批處理1.2.2 早期的批處理系統(tǒng) 在脫機(jī)批處理系統(tǒng)中，除主機(jī)外另設(shè)一臺(tái)外圍機(jī)（又稱衛(wèi)星機(jī)）。用戶作業(yè)通過(guò)外圍機(jī)輸入到磁帶上，而主機(jī)只負(fù)責(zé)從磁帶上把作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，并予以執(zhí)行。作業(yè)完成后，主機(jī)負(fù)責(zé)把結(jié)果輸出到磁帶上，然后再由外圍機(jī)把磁帶上的信息在打印機(jī)上輸出。 脫機(jī)輸入：將用戶程序和數(shù)據(jù)在一臺(tái)外圍機(jī)（又稱衛(wèi)星機(jī)

7、）的控制下，預(yù)先從低速輸入設(shè)備輸入到磁帶上，當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，再直接從磁帶機(jī)高速輸入到內(nèi)存。 脫機(jī)輸出：當(dāng)CPU需要輸出時(shí)，高速地把結(jié)果送到磁帶上，然后在外圍機(jī)的控制下，把磁帶上的計(jì)算結(jié)果由相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出。脫機(jī)批處理輸出帶1.2.2 早期的批處理系統(tǒng)打印機(jī)紙帶機(jī)外圍機(jī)輸入帶輸出帶主機(jī)輸入帶脫機(jī)輸入/輸出方式計(jì)算1.2.3 多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)啟動(dòng)I/O用戶程序監(jiān)督程序I/O操作I/O完成結(jié)束中斷請(qǐng)求輸入 繼續(xù)計(jì)算單道程序運(yùn)行方式1.2.3 多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)單道批處理系統(tǒng)中內(nèi)存僅一道程序，系統(tǒng)資源無(wú)法得到充分利用。將多個(gè)作業(yè)存放在主存中，這些程序在管理程序的控制下交替運(yùn)行，共享處理機(jī)

8、和系統(tǒng)中的其他資源。運(yùn)行處理 輸出數(shù)據(jù) 等待CPU 運(yùn)行處理輸出 等待結(jié)束 CPUCPU輸入設(shè)備輸出設(shè)備程序A程序B程序A 程序B 程序A 程序B請(qǐng)求輸入請(qǐng)求輸出輸入結(jié)束請(qǐng)求輸入運(yùn)行處理 輸入數(shù)據(jù) 運(yùn)行處理輸入數(shù)據(jù)多道程序運(yùn)行方式1.2.3 多道程序設(shè)計(jì)技術(shù) Add your text in here Add your text in here Add your text in here Add your text in here Click to add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Text多道批處理系統(tǒng)需要解決

9、的問題如何分配、回收處理機(jī)存儲(chǔ)器分配回收，信息保護(hù) 處理機(jī)管理 存儲(chǔ)器管理如何分配I/O設(shè)備如何 組織系統(tǒng)中大量的文件 設(shè)備管理 文件管理1.2.4 操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展 由于批處理系統(tǒng)沒有人機(jī)交互性，后來(lái)又出現(xiàn)了分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng) Text 2sub text 近年來(lái)又出現(xiàn)了個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)等1.2.4 操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的因素 硬件技術(shù)更新 應(yīng)用需求擴(kuò)大 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展1.3 操作系統(tǒng)的類型1.3.1批處理系統(tǒng)內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)的批處理系統(tǒng)在批處理系統(tǒng)中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后就形成了多道批處理系統(tǒng)。單道批處理系統(tǒng)

10、多道批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng)1.3.2 分時(shí)系統(tǒng) 在操作系統(tǒng)中采用分時(shí)技術(shù)就形成了分時(shí)操作系統(tǒng)。在分時(shí)操作系統(tǒng)中，一個(gè)計(jì)算機(jī)和許多終端設(shè)備連接，每個(gè)用戶可以通過(guò)終端向系統(tǒng)發(fā)出命令，請(qǐng)求完成某項(xiàng)工作，而系統(tǒng)則分析從終端設(shè)備發(fā)來(lái)的命令，完成用戶提出的要求，然后用戶再根據(jù)系統(tǒng)提供的運(yùn)行結(jié)果，向系統(tǒng)提出下一步請(qǐng)求，這樣重復(fù)上述交互會(huì)話過(guò)程，直到用戶完成全部工作為止 。1.3.2 分時(shí)系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是什么？應(yīng)如何解決？系統(tǒng)能及時(shí)接收和及時(shí)處理命令。針對(duì)及時(shí)接收，設(shè)置多路卡，使主機(jī)能及時(shí)接收多個(gè)用戶從不同終端輸入的數(shù)據(jù)，并為每個(gè)終端配置緩沖區(qū)，暫存用戶輸入的命令或數(shù)據(jù)。針對(duì)及時(shí)處理，使所有的用戶

11、作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存，并且為每個(gè)作業(yè)分配一個(gè)時(shí)間片，允許作業(yè)只在自己的時(shí)間片內(nèi)運(yùn)行，這樣在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，每個(gè)作業(yè)都會(huì)運(yùn)行一次。1.3.2 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)的主要特征及時(shí)性獨(dú)立性同時(shí)性交互性1.3.3 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。例如，煉鋼/煉油控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)售票系統(tǒng)等，對(duì)任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間有更嚴(yán)格的要求。 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)指以計(jì)算機(jī)為中心的生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)。要求對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)。1.3.4 其他操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)對(duì)整個(gè)智能芯片以及它所控制的各種

12、部件模塊等資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件幾乎包括了生活中的所有電器設(shè)備。主要供個(gè)人使用，它功能強(qiáng)，價(jià)格便宜，能滿足一般人工作、學(xué)習(xí)、游戲等方面的需求?；谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的，是在各種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上按網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的軟件。分布式系統(tǒng)是指多個(gè)分散的處理單元經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而形成的系統(tǒng)，其中每個(gè)處理單元既具有高度自治性又相互協(xié)同，能在系統(tǒng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源管理、任務(wù)動(dòng)態(tài)分配，并能并行地運(yùn)行分布式程序。1.4 操作系統(tǒng)的特征和功能1.4.1操作系統(tǒng)的特征操作系統(tǒng)的特征并發(fā)性共享性虛擬性不確定性1.4.2 操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)的功能文件管理設(shè)備管理處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理1.5 操作系統(tǒng)的接口錯(cuò)誤檢

13、測(cè)和處理創(chuàng)建程序執(zhí)行程序通信服務(wù)信息存取數(shù)據(jù)I/O操作系統(tǒng)的共性服務(wù)1.5.1 命令接口由一組鍵盤操作命令組成，供用戶請(qǐng)求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)。鍵盤命令分為內(nèi)部命令和外部命令兩大類。聯(lián)機(jī)命令接口脫機(jī)命令接口脫機(jī)命令接口由一組作業(yè)控制命令組成。脫機(jī)用戶不能直接干預(yù)作業(yè)的運(yùn)行，他們應(yīng)事先用作業(yè)控制命令寫一份作業(yè)操作說(shuō)明書，連同作業(yè)一起提交給系統(tǒng)。1.5.2 程序接口程序接口由一組系統(tǒng)調(diào)用命令組成。用戶通過(guò)在程序中使用這些系統(tǒng)調(diào)用命令來(lái)請(qǐng)求操作系統(tǒng)提供的服務(wù)。設(shè)備管理文件管理進(jìn)程控制進(jìn)程通信內(nèi)存管理系統(tǒng)調(diào)用按功能分類 系統(tǒng)調(diào)用就是用戶在程序中調(diào)用操作系統(tǒng)提供的一些子功能，具體來(lái)講，系統(tǒng)調(diào)用就是通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用

14、命令中斷現(xiàn)行程序，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的子程序，以完成特定的系統(tǒng)功能；系統(tǒng)調(diào)用完成后，控制又返回到系統(tǒng)調(diào)用命令的邏輯后繼指令，被中斷的程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行下去。1.5.2 程序接口執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用命令執(zhí)行完后的處理3為執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用命令作準(zhǔn)備12系統(tǒng)調(diào)用的過(guò)程1.5.2 程序接口運(yùn)行的狀態(tài)不同。進(jìn)入的方式不同代碼層次不同返回方式的不同系統(tǒng)調(diào)用與過(guò)程調(diào)用的區(qū)別1.5.3 圖形用戶接口 圖形用戶接口是通過(guò)對(duì)出現(xiàn)在屏幕上的對(duì)象直接進(jìn)行操作，以控制和操縱程序的運(yùn)行。圖形用戶接口減少或免除了用戶的記憶工作量，其操作方式從原來(lái)的記憶并鍵入（如：notepad、calc）改為選擇并點(diǎn)取，極大地方便了用戶。目前圖形用戶

15、接口是最為常見的人機(jī)接口形式，可以認(rèn)為圖形接口是命令接口的圖形化。 1.6 操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和內(nèi)核結(jié)構(gòu)1.6.1操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境計(jì)算機(jī)硬件所提供的支持，構(gòu)成了現(xiàn)代操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。包括：處理機(jī)存儲(chǔ)器設(shè)備時(shí)鐘中斷等 1.6.2 操作系統(tǒng)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 模塊結(jié)構(gòu)將操作系統(tǒng)內(nèi)核按照功能劃分為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的模塊，模塊之間相對(duì)獨(dú)立，只能通過(guò)事先規(guī)定好的接口方式來(lái)調(diào)用。 每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整獨(dú)立的功能，所有模塊之間相互調(diào)用，共同構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)內(nèi)核。 層次結(jié)構(gòu)是將操作系統(tǒng)內(nèi)核按照一定的規(guī)則劃分為一系列相互依賴的層次，每個(gè)層次也可以分解為一系列更小的模塊。 每個(gè)模塊完成一個(gè)特定的

16、功能，只能與相鄰層次發(fā)生直接聯(lián)系，所有這些層次的集合就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)。 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)將操作系統(tǒng)中的內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理等高級(jí)服務(wù)功能盡可能從內(nèi)核分離出來(lái)，變成幾個(gè)獨(dú)立的非內(nèi)核模塊。 而在內(nèi)核只保留少數(shù)最基本的功能，如調(diào)度、進(jìn)程間通信、地址空間支持等，使內(nèi)核變得簡(jiǎn)潔可靠。1.7 操作系統(tǒng)安全概述1.7.1計(jì)算機(jī)安全可用性可靠性完整性保密性不可抵賴性計(jì)算機(jī)安全的屬性1.7.1 計(jì)算機(jī)安全的層次物理安全信息安全運(yùn)行安全1321.7.2操作系統(tǒng)安全的重要性和面臨的安全威脅重要性面臨的威脅 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件的運(yùn)行基礎(chǔ)，因此操作系統(tǒng)安全是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)，沒有操作系統(tǒng)的安全，就不可能真正解決數(shù)據(jù)庫(kù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全和其他各類軟件的安全問題。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的威脅：主要表現(xiàn)在可用性方面，威脅包括對(duì)設(shè)備的有意或無(wú)意的破壞及偷竊。 軟件所面臨的威脅：除了可用性威脅之外，還有保密性