《操作系统介绍》PPT课件-2024鲜版

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现代操作系统特性分析
2024/3/27
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多用户多任务处理能力
多用户支持
现代操作系统允许多个用户同时 使用同一台计算机，每个用户都 有自己的工作空间和资源，互不
干扰。
多任务处理
操作系统可以同时管理多个任务， 通过时间片轮转或优先级调度算 法，实现多个任务的并发执行。
进程与线程管理
操作系统通过进程和线程的概念 来管理任务，进程是程序的执行 实例，线程是进程内的执行单元， 操作系统负责创建、调度和终止
适用于多种品牌和型号的手机和平板电脑。
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移动端Android和iOS操作系统比较
稳定的系统性能
经过苹果公司严格测试和优化，提供流畅的 系统运行体验。
与Apple生态紧密集成
与iPhone、iPad、Mac等设备无缝集成， 实现数据同步和共享。
统一的界面设计
采用统一的界面风格和操作方式，易于学习 和使用。
功能
提供计算机硬件与软件之间的接口；管 理计算机系统的资源；提供用户与计算 机之间的交互界面。
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发展历程
第一代（1940s-1950s）
真空管和穿孔卡片，无操作系统概念。
第二代（1950s-1960s）
晶体管和批处理系统，如IBM的OS/360。
第三代（1960s-1980s）
集成电路和多道程序系统，如UNIX和 Windows。
进程同步与通信
协调多个进程之间的执行顺序和 资源共享，避免竞态条件和死锁
等问题。
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内存管理
内存空间分配
为进程分配内存空间，包括连续分配和离散 分配两种方式。
内存映射
将文件或其他对象映射到进程的虚拟地址空 间，实现文件的读写和共享。
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内存保护
确保每个进程只能访问自己的内存空间，防 止越界访问和非法操作。
智能安全防护
结合人工智能技术，实现操作系统 的智能安全防护，提高系统抵御攻 击的能力。
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未来操作系统可能面临的安全问题
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漏洞攻击
随着黑客技术的不断发展，操作系统漏洞可能成 为攻击目标，需要加强漏洞修补和安全防护机制。
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侧信道攻击
侧信道攻击是一种新型攻击方式，通过监测操作 系统运行过程中的侧信道信息来窃取敏感数据， 需要加强侧信道安全防护。
进程与线程。
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网络通信和分布式计算支持
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网络通信协议
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操作系统支持TCP/IP等网络通信协议，实现计算机之间的数据
传输和信息交换。
分布式计算
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操作系统可以构建分布式系统，将计算任务分配到多个计算机
节点上并行处理，提高计算效率。
远程过程调用（RPC）和Web服务技术，允许不
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典型操作系统案例分析
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Windows系列操作系统特点及应用场景
图形化用户界面
提供直观易用的图形化界面，降低计算机操 作难度。
多任务处理
支持同时运行多个应用程序，提高计算机使 用效率。
广泛的软件兼容性
兼容大量软件和游戏，满足用户多样化需求。
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适用于个人和企业用户
广泛应用于办公、教育、娱乐等多个领域。
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Linux/Unix系列操作系统特点及应用场景
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开放性
源代码开放，允许用户自由修改和 定制。
强大的命令行功能
提供丰富的命令行工具，方便用户 进行高级操作。
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02
多用户、多任务
支持多个用户同时使用，适用于服 务器和工作站。
安全性高
采用严格的权限管理机制，有效杜 绝病毒和恶意攻击。
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MacOS操作系统特点及应用场景
稳定的系统性能
基于Unix内核，提供稳定的系统运行环境。
优雅的界面设计
采用独特的界面设计，提供良好的用户体验。
强大的多媒体功能
支持高质量的音频和视频处理，适用于创意工作。
与iOS设备无缝集成
与iPhone、iPad等iOS设备紧密集成，方便用户在不同设备间同步和分享数据。
《操作系统介绍》PPT课件
2024/3/27
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contents
目录
2024/3/27
• 操作系统概述 • 操作系统结构与组成 • 操作系统基本功能详解 • 现代操作系统特性分析 • 典型操作系统案例分析 • 操作系统新技术展望与挑战
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操作系统概述
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定义与功能
定义
操作系统是一组控制和管理计算机软 硬件资源、提供用户界面以及组织计 算机工作流程的程序集合。
跨平台兼容性
物联网设备多样化，需要 提高嵌入式系统的跨平台 兼容性，降低开发成本和 维护难度。
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人工智能技术在操作系统中应用前景
智能任务调度
利用人工智能技术，实现操作系 统任务调度的智能化，提高系统
性能和资源利用率。
智能内存管理
通过人工智能技术预测程序内存需 求，实现内存资源的智能分配和回 收。
安全性高
采用严格的权限管理和审核机制，确保应用 安全和质量。
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操作系统新技术展望与挑战
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云计算环境下虚拟机技术发展趋势
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虚拟机性能优化
通过改进虚拟机监控器 （VMM）设计，减少性 能开销，提高虚拟机运行 效率。
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容器技术融合
结合容器技术，实现轻量 级虚拟化，提高资源利用 率和部署灵活性。
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存储管理策略及虚拟内存技术
存储管理策略
操作系统的存储管理策略包括分区存储管理、页式存储管理、 段式存储管理和段页式存储管理等。这些策略的主要目标是提 高内存利用率、方便用户使用以及提供内存保护等。
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虚拟内存技术
虚拟内存技术是操作系统提供的一种内存管理技术，它将用户 逻辑内存与物理内存分开，使得用户程序可以使用比物理内存 更大的逻辑内存。虚拟内存技术通过请求调页和写时复制等技 术实现内存的高效利用和保护。
同计算机上的程序通过网络进行通信和协作。
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图形用户界面(GUI)和命令行界面(CLI)比较
图形用户界面 （GUI）
命令行界面（CLI）
GUI以图形化的方式呈现操作界 面，通过鼠标、键盘等输入设备 与用户进行交互，提供直观、易 用的操作体验。
CLI通过文本命令的方式与用户 进行交互，用户需要输入特定的 命令来执行操作，具有较高的灵 活性和可定制性。
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第四代（1980s至今）
微处理器和分布式系统，如Linux和Android。
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主流操作系统类型
批处理操作系统
将用户提交的作业按照一定顺序排列， 然后依次处理。
分时操作系统
允许多个用户同时与计算机进行交互， 每个用户都感觉自己独占了计算机。
实时操作系统
对外部输入做出快速响应，常用于工 业控制和军事领域。
内存回收与压缩
回收不再使用的内存空间，并进行内存碎片 的压缩和整理。
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文件系统
文件概念
操作系统中存储和管理数据的基本单 位，具有持久性、可共享性等特点。
文件结构
描述文件的组织形式和存储方式，如 顺序文件、索引文件、哈希文件等。
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文件访问方法
提供对文件的读写操作接口，包括顺 序访问、随机访问和流式访问等。
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调度算法
常见的进程调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度（Priority Scheduling）、时间片轮转（Round Robin）等。线程调度算法通常与进程调度算法类似， 但更加轻量级和灵活。
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死锁产生原因及解决方法
死锁概念
产生原因
死锁是指两个或两个以上的进程在执 行过程中，因争夺资源而造成的一种 互相等待的现象，若无外力作用，它 们都将无法向前推进。
图形外壳
提供图形化界面，用户通过鼠标点击、拖拽等操作与操作 系统交互。
8
进程管理
进程概念
操作系统中进行资源分配和调度 的基本单位，具有动态性、并发
性、独立性等特点。
进程状态
描述进程在生命周期中的不同阶 段，如就绪、运行、阻塞等。
2024/3/27
进程调度
根据一定的算法和策略，将处理 器资源分配给不同的进程，实现 多任务的并发执行。
供应链攻击
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供应链攻击针对操作系统开发、测试和发布过程 中的安全漏洞进行攻击，需要加强供应链安全管 理。
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THANKS
感谢观看
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设备驱动程序和I/O控制方式
设备驱动程序
设备驱动程序是操作系统中与硬件设备交 互的软件模块，它负责接收来自操作系统 的I/O请求，并将其转换为硬件设备可以理 解的指令。设备驱动程序通常包括设备初 始化、设备打开/关闭、设备读写等操作。
VS
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I/O控制方式
常见的I/O控制方式包括程序直接控制方式、 中断控制方式、DMA控制方式和通道控制 方式等。这些控制方式的主要区别在于 CPU与I/O设备之间的数据交换方式和效率 不同。其中，程序直接控制方式最简单但 效率最低；中断控制方式提高了CPU利用 率但可能引起中断处理延迟；DMA控制方 式通过直接内存访问提高了数据传输效率； 通道控制方式则通过专门的通道处理器实 现更加灵活和高效的I/O控制。
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内核与外壳
内核
操作系统的核心，负责管理硬件资源、提供系 统服务、实现系统安全等。
微内核
仅提供最基本的系统服务，通过进程间通信实现 其他服务。
宏内核
包含大量系统服务，通过函数调用实现服务。
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外壳
用户与内核之间的接口，提供命令解释器、图形界面 等。
命令行外壳
提供命令行接口，用户通过输入命令与操作系统交 互。
进程隔离与资源访问控制
操作系统采用进程隔离技术，确保不 同进程之间的独立性和安全性；同时 实施资源访问控制策略，防止恶意程 序对系统资源的非法访问。
系统容错与恢复机制
操作系统具备系统容错能力，能够在 出现故障时自动恢复或重启系统；同 时提供备份和恢复功能，确保数据的 完整性和可用性。
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2024/3/27
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移动端Android和iOS操作系统比较
开放源代码
允许手机制造商和开发者自由定制和修改。
应用丰富
拥有庞大的应用商店，提供大量免费和付费应用。
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移动端Android和iOS操作系统比较
多任务处理
支持同时运行多个应用程序，方便用户进行多任务操作。
广泛的硬件支持
2024/3/27
网络操作系统
提供网络通信和网络服务功能的专用 操作系统，如Windows Server和 Linux。
分布式操作系统
管理分布式系统中的各种资源，实现 资源的共享和协同工作。
智能终端操作系统
专门为手机、平板电脑等智能终端设 备设计的操作系统，如iOS和 Android。
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02
操作系统结构与组成
文件保护与安全
确保文件的完整性、保密性和可用性， 防止未经授权的访问和修改。
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操作系统基本功能详解
2024/3/27
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进程与线程概念及调度算法
进程概念
进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，它是程序的执行过程，具有动态性、并 发性、独立性和异步性。
线程概念
线程是进程内的执行单元，是操作系统调度的基本单位。一个进程可以包含多个线程，这些 线程共享进程的资源，如内存空间、文件描述符等。
死锁产生的原因包括资源竞争、进程 推进顺序不当、资源分配不当等。
解决方法
解决死锁的方法包括预防死锁、避免 死锁、检测死锁和解除死锁。其中， 预防死锁通过设置某些限制条件来破 坏产生死锁的四个必要条件；避免死 锁采用银行家算法等避免进入不安全 状态；检测死锁通过资源分配图等检 测是否存在死锁；解除死锁则通过撤 销进程或剥夺资源等方式解除已发生 的死锁。
比较分析
GUI适合普通用户日常使用，提 供直观的操作体验；CLI适合专 业用户和开发者，提供灵活性和 高效性。现代操作系统通常同时 提供GUI和CLI两种界面供用户 选择。
2024/3/27
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安全性和稳定性保障措施
用户权限管理
操作系统通过用户权限管理机制，限 制不同用户对系统资源的访问和操作 权限，防止未经授权的访问和破坏。
智能资源调度
利用人工智能和机器学习 技术，实现虚拟机资源的 智能调度和管理，提高资 源利用率和系统性能。
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物联网时代嵌入式系统挑战与机遇
实时性要求
物联网应用对嵌入式系统 的实时性要求更高，需要 优化系统内核和调度算法， 提高系统响应速度。
2024/3/27
安全性挑战
物联网设备数量庞大，安 全性问题突出，需要加强 嵌入式系统安全防护和漏 洞修补机制。