操作系统课件 第十章 操作系统管理(2)
操作系统课件2
操作系统课件2一、引言操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它负责管理和协调计算机硬件与软件资源，为用户提供高效、稳定、安全的运行环境。
本课件将重点介绍操作系统的基本概念、功能、类型以及进程管理等内容。
二、操作系统的基本概念1.操作系统的定义操作系统（OperatingSystem，简称OS）是一种系统软件，它负责管理和协调计算机硬件与软件资源，为用户提供便捷、高效、稳定的运行环境。
2.操作系统的功能操作系统的功能主要包括资源管理、进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户接口等。
3.操作系统的类型根据操作系统的特点和应用场景，可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。
三、进程管理1.进程的概念进程是操作系统中执行程序的基本单位，它包括程序代码、数据和进程控制块（PCB）。
2.进程的状态进程的状态分为运行、就绪、阻塞和结束等四种。
3.进程控制进程控制主要包括进程的创建、终止、阻塞、唤醒、切换等操作。
4.进程同步与互斥进程同步是指多个进程之间按照一定的顺序执行，以保证数据的一致性和正确性。
进程互斥是指多个进程在同一时刻只能有一个进程访问共享资源。
5.进程通信进程通信是指多个进程之间交换数据和消息。
进程通信的方式有共享内存、消息传递和管道等。
四、内存管理1.内存分配内存分配是指操作系统为进程分配内存空间的过程。
内存分配的方式有固定分区、可变分区和页式管理等。
2.内存回收内存回收是指操作系统将已分配给进程的内存空间回收的过程。
内存回收的方式有立即回收和延迟回收等。
3.内存扩充内存扩充是指通过虚拟内存技术，将磁盘空间作为内存使用，以扩大内存容量。
4.内存保护内存保护是指操作系统对内存空间进行权限管理，防止进程非法访问其他进程的内存空间。
五、文件管理1.文件的概念文件是存储在辅助存储设备上的数据集合，它具有名称、类型、属性和内容等。
2.文件系统文件系统是指操作系统对文件进行组织、存储、检索和管理的软件模块。
操作系统 课件
操作系统课件操作系统课件在计算机科学领域中，操作系统是一种关键的软件，它负责管理和协调计算机系统中的各种资源，为用户和应用程序提供一个可靠和高效的工作环境。
操作系统课程是计算机科学专业中的一门重要课程，它涵盖了操作系统的原理、设计和实现等方面的知识。
本文将对操作系统课件进行讨论，介绍其内容和意义。
一、操作系统的基本概念操作系统课件的第一部分通常会介绍操作系统的基本概念。
这包括操作系统的定义、功能和特点等方面的内容。
学生通过学习这些基本概念，可以对操作系统有一个整体的认识，为后续的学习打下基础。
二、操作系统的组成和结构操作系统课件的第二部分会介绍操作系统的组成和结构。
操作系统通常由内核和外壳两部分组成。
内核是操作系统的核心，负责管理系统资源和提供系统调用接口。
外壳是用户与操作系统之间的接口，提供了用户界面和命令解释器等功能。
学生通过学习操作系统的组成和结构，可以了解操作系统的内部工作原理。
三、进程管理进程管理是操作系统的重要功能之一，也是操作系统课件的重点内容之一。
进程是指在计算机系统中正在执行的程序。
操作系统通过进程管理来控制和协调多个进程的执行。
进程管理涉及到进程的创建、调度、同步和通信等方面的知识。
学生通过学习进程管理，可以了解操作系统如何有效地管理和调度进程，提高系统的并发性和响应性。
四、内存管理内存管理是操作系统的另一个重要功能。
操作系统通过内存管理来管理和分配系统的内存资源，为应用程序提供内存空间。
内存管理涉及到内存的分配、回收、保护和共享等方面的知识。
学生通过学习内存管理，可以了解操作系统如何有效地管理系统的内存，提高系统的利用率和性能。
五、文件系统文件系统是操作系统的重要组成部分，也是操作系统课件的内容之一。
文件系统负责管理和组织计算机系统中的文件和目录。
文件系统涉及到文件的创建、读写、保护和共享等方面的知识。
学生通过学习文件系统，可以了解操作系统如何管理和组织文件，提供对文件的访问和操作。
《操作系统》ppt课件
进程转换
就绪→执行、执行→就绪、 执行→阻塞、阻塞→就绪。
进程控制
创建进程、终止进程、进 程阻塞与唤醒、进程切换。
进程控制块PCB
PCB概念
进程控制块是系统为了管理进程而设 置的一个专门的数据结构，用它来记 录进程的外部特征，描述进程的运动 变化过程。
PCB内容
PCB作用
使一个在多道程序环境下不能独立运 行的程序（含数据），成为一个能独 立运行的基本单位，一个能与其他进 程并发执行的进程。
02
强制访问控制
系统对用户和文件实行强制性的 访问控制，如军事领域的多级安 全保护。
03
基于角色的访问控 制
根据用户在系统中的角色来分配 访问权限，实现企业中的权限管 理。
加密技术在操作系统中应用
文件加密
对重要文件进行加密存储，防止未经授权的用户 访问。
磁盘加密
对整个磁盘或磁盘分区进行加密，保护磁盘数据 的安全性。
设备驱动程序设计
设备驱动程序的功能
实现与硬件设备的通信和控制，向上层软件提供统一的接口。
设备驱动程序的组成
包括设备服务例程、中断处理程序和设备管理策略等。
设备驱动程序的编写
需要了解硬件设备的特性和接口规范，采用适当的编程语言和开发工具进行编写。
设备驱动程序的调试与测试
通过调试和测试确保设备驱动程序的正确性和稳定性。
磁盘调度算法比较
先来先服务（FCFS）
按照请求到达的先后顺序进行服务，简单但效率不高。
最短寻道时间优先（SSTF）
优先选择距离当前磁头位置最近的请求进行服务，可减少磁头移动距 离，但可能导致某些请求长时间等待。
扫描算法（SCAN）
磁头从一端向另一端移动，途中满足遇到的请求，到达另一端后返回， 途中再次满足遇到的请求，如此往复。
操作系统原理培训课件
备份与恢复
为了防止数据丢失，应该定期备份重要文件。在发生意外情况时，可以通过备份来恢复数据。常见的备份方式包括全量备份、增量备份和差异备份等。
文件系统的安全与保护
设备管理
05
设备驱动程序的概念与功能
设备驱动程序
是操作系统内核的一部分，用于与硬件设备进行交互，实现设备的输入/输出操作。
功能
详细描述
实现用户界面的技术包括GUI库、控件、事件驱动等。GUI库提供了丰富的图形界面元素和工具，如窗口、按钮、文本框等，方便开发者快速构建图形界面应用程序。控件是GUI库中的基本元素，用于实现各种功能和操作，如按钮、菜单等。事件驱动则是实现交互操作的核心机制，通过事件来响应用户的操作和行为。
用户界面的设计与实现
文件系统结构
文件系统通常采用树形结构，根目录是最高层次的目录，其他目录作为根目录的子节点依次展开，每个节点可以包含文件和子目录。
文件类型
文件系统中的文件类型包括普通文件、目录、链接等，每种类型的文件都有不同的属性和操作方式。
文件属性
文件系统中的每个文件都有一系列属性，如文件名、扩展名、大小、创建时间、访问时间等，这些属性用于描述文件的特征和状态。
操作系统的发展历程
进程管理
02
理解进程的基本概念和状态是掌握进程管理的基础。
进程是程序的一次执行，具有动态性、独立性和制约性。进程的状态包括新建、就绪、运行和阻塞等，这些状态的变化反映了进程的执行流程。
进程的概念与状态
详细描述
总结词
进程的创建和终止是操作系统对资源进行分配和回收的重要手段。
总结词
操作系统原理培训课件
目录
contents
操作系统概述 进程管理 内存管理 文件系统 设备管理 用户界面
计算机操作系统 课件
计算机操作系统课件计算机操作系统课件计算机操作系统是指控制和管理计算机硬件与软件资源的系统软件。
它是通过在硬件和应用程序之间提供接口，以及协调各种计算机程序运行的方式，实现计算机的良好运行和高效利用。
操作系统的基本功能主要包括进程管理、内存管理、文件系统管理和设备管理等。
下面将逐一介绍这些功能。
1. 进程管理：进程管理是操作系统中最重要的功能之一。
它负责创建、调度和终止进程，以及控制进程间的通信和资源共享。
操作系统通过进程调度算法来分配计算机资源，提高系统的吞吐量和响应时间。
2. 内存管理：内存管理是操作系统管理计算机主存储器的过程。
它负责内存的分配和回收，以及虚拟内存的管理。
通过内存管理，操作系统可以有效地利用有限的内存资源，提高程序的运行效率和系统的稳定性。
3. 文件系统管理：文件系统管理是操作系统管理计算机存储设备上的文件和目录的过程。
它负责文件的创建、读取、写入和删除等操作，以及文件的权限管理和共享。
文件系统管理可以使用户方便地访问和管理文件，同时保护文件的安全性。
4. 设备管理：设备管理是操作系统管理计算机外部设备的过程。
它负责设备的分配、控制和数据传输等操作，以及处理设备异常和故障。
设备管理可以提供统一的接口，使应用程序可以方便地使用各种外部设备。
除了这些基本功能外，操作系统还提供了用户界面和系统调用等机制，使用户可以通过命令行或图形界面与操作系统进行交互。
同时，操作系统也提供了各种服务和工具，如网络管理、安全管理和性能监测等，以满足不同用户的需求。
总之，计算机操作系统是计算机系统中不可或缺的一部分。
它为应用程序提供了运行环境和资源管理，保证了计算机系统的正常运行和高效利用。
对于计算机科学和信息技术的学习者来说，深入理解和掌握操作系统的原理和机制，将有助于提高编程能力和系统设计的水平。
操作系统PPT课件
分析在多用户与多任务环境下可能存在的安全风险，并介绍相应的安全
措施和策略。
07
安全性与可靠性保障
操作系统安全策略
访问控制
通过用户身份验证、权限 管理等手段，限制用户对 系统资源的访问，防止未 经授权的访问和操作。
加密技术
采用加密算法对敏感数据 进行加密存储和传输，确 保数据在传输和存储过程 中的安全性。
页面置换算法
虚拟内存的实现
当内存空间不足时，需要选择某个页面进 行置换，常见的置换算法有最优算法、先 进先出算法、最近最久未使用算法等。
需要硬件和软件的支持，如地址变换机构、 缺页中断机构、页面调度程序等。
页面置换算法
最优算法
选择未来最长时间不会被访问的页面 进行置换，需要预知未来的页面访问 情况，实际中难以实现。
命令行界面常用命令
列举并解释常见的命令行界面命令，如文件操作命令、网络命令、 系统管理命令等。
图形用户界面设计
01
图形用户界面（GUI ）概述
介绍图形用户界面的基本概念、 特点和优势。
02
图形用户界面设计 原则
讲解设计图形用户界面时需要遵 循的原则，如直观易用、美观大 方、符合用户习惯等。
03
图形用户界面常用 控件
文件概念
文件是操作系统中进行数据存储和管理的基本单位，通常是一段具有特定格式 和意义的二进制数据。
文件组织结构
常见的文件组织结构包括顺序结构、索引结构、链接结构和哈希结构。不同的 组织结构适用于不同的应用场景，如顺序结构适用于连续访问大量数据，而索 引结构则适用于随机访问。
文件访问权限控制
访问权限
设置通道控制器，负责管理和控制多 个I/O设备，进一步减轻CPU的负担 。
操作系统课件(第二章)
2.2.2 操作接口
根据这些命令所完成功能的不同，可把它 根据这些命令所完成功能的不同， 们分成以下几类：系统访问类， 们分成以下几类：系统访问类，磁盘操作 文件操作类，目录操作类，通信类， 类，文件操作类，目录操作类，通信类， 其他命令。 其他命令。
1．系统访问类 用户在每次开始使用某终端时， 用户在每次开始使用某终端时，都须使用 该命令，使系统能识别该用户。 该命令，使系统能识别该用户。凡要在多 用户系统的终端上上机的用户， 用户系统的终端上上机的用户，都必须先 在系统管理员处获得一合法的注册名和口 以后， 令。以后，每当用户在接通其所用终端的 电源后，便由系统直接调用， 电源后，便由系统直接调用，并在屏幕上 显示信息提示用户键入自己的注册名和口 令。
2.1.3 运行一个用户程序的过程
控制计算机工作的最简单的办法是， 控制计算机工作的最简单的办法是，由操作员通 过控制台（或用户在终端设备上） 过控制台（或用户在终端设备上）键入一条条命 令。 用户可先将源程序通过编辑建立在磁盘上， 用户可先将源程序通过编辑建立在磁盘上，接着 编译”命令，操作系统接到这条命令后， 发“编译”命令，操作系统接到这条命令后，将 编译程序调入内存并启动它工作。 编译程序调入内存并启动它工作。 然后，用户再发出“连接”命令， 然后，用户再发出“连接”命令，操作系统执行 该命令，将生成一个完整的、 该命令，将生成一个完整的、可执行的内存映像 程序。 程序。 最后发出“运行”命令， 最后发出“运行”命令，由操作系统启动内存映 像程序运行，从而计算出结果。 像程序运行，从而计算出结果。
（3）过滤命令 例如，MS-DOS中用命令 例如，MS-DOS中用命令 find/N"erase"（路径名） find/N"erase"（路径名） 可对由路径名指定的输入文件逐行检索， 可对由路径名指定的输入文件逐行检索，把含有字符串 erase”的行输出 其中，/N是选择开关 的行输出。 是选择开关， “erase”的行输出。其中，/N是选择开关，表示输出含有 指定字串的行；如果不用N而用C 指定字串的行；如果不用N而用C，则表示只输出含有指 定字串的行数；若用V 则表示输出不含指定字串的行。 定字串的行数；若用V，则表示输出不含指定字串的行。 （4）批命令 为了能连续地使用多条键盘命令， 为了能连续地使用多条键盘命令，或多次反复地执行指定 的若干条命令，而又免去每次重敲这些命令的麻烦， 的若干条命令，而又免去每次重敲这些命令的麻烦，可以 提供一特定文件。 提供一特定文件。
操作系统ppt课件完整版
2024/1/30
10
进程同步与通信
2024/1/30
进程同步
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证它们之 间正确的协作关系。进程同步的主要任务是使并发执行的诸 进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行 具有可再现性。
进程通信
进程通信是指进程之间的信息交换。在分布式系统中，进程 通信是实现分布式计算和协同工作的基础。常见的进程通信 方式包括管道（pipe）、消息队列（message queue）、信 号（signal）等。
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9
进程调度算法
调度算法的分类
根据调度策略的不同，进程调度算法可分为先来先服务（FCFS）、短作业优先（ SJF）、优先级调度（Priority Scheduling）、时间片轮转（RR）等。
调度算法的选择
在选择调度算法时，需要考虑系统的整体性能、资源利用率、响应时间等因素。 不同的调度算法适用于不同的应用场景和需求。
将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页，而物理内存划分为同样大 小的页框。程序加载时，可将任意一页放入内存中任意一个页框，实现 离散分配。
页表
记录逻辑页与物理页框的对应关系。
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03
优缺点
提高了内存利用率，减少了碎片；但增加了系统开销，可能产生抖动现
象。
15
段式存储管理
基本思想
把程序按内容或过程（函数）关 系分成段，每段有自己的名字。 一个用户作业或进程所包含的段 对应于一个二维线性虚拟空间，
即一个段表。
段表
记录各段在内存中的起始地址和 段的长度。
优缺点
便于实现共享和保护；但容易产 生碎片，浪费内存空间。
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访问监视器 TCB 操作系统核心
�
消耗系统资源 .
– 进程复制 eg. System call fork, spaw, etc. – 文件复制 make new bacteria file – 细菌可以指数级别增长 ,消耗 CPU资源 内存资源 磁盘空间
病毒( 病毒(virus)
病毒不是一个独立的程序,而是寄生于 某一合法程序(通常是一个可执行程序)上 的一段代码 ,其危害包括两个方面:
– TCB由强制实施所有安全规则的硬件和软件构成 TCB – TCB组成
绝大多数硬件(I/O设备除外,因为它们不影响安全性); 操作系统核心中的一部分; 其它具有特权用户权限的用户程序(例如UNIX系统中的 setuid的root程序).
10.4.3 可信系统
可信系统结构
进程
所有系统调用
用 户 空 间 系 统 空 间
备份与恢复
抗御信息破坏(disruption)的安全措施
– 导致信息破坏的愿意可能是人为的,如文件被非法
删除; – 也可能是自然原因造成的,如存储介质失效,自然 灾害等; – 系统操作员必须定期地对系统中的重要数据进行转 储.
10.4.3 可信系统
可信系统的核心是最小的可信计算基 (Trusted Computing Base,TCB)
– 传播,使其它文件感染上该病毒; – 破坏,具体破坏动作多种多样,如删除系统
文件 .
压缩病毒的感染过程
CV ④ P1 ③ P1' ② P2 P2' ① CV
蠕虫(worm) 蠕虫(worm)
危害:
–复制和传播,通过自身复制消耗系统资源,
在网上从一个计算机传播到另一个计算机; –除利用spawn复制和传播外,可能伴随执行 不期望的动作.
载在系统password 文件中
Linux /etc/shadow UNIX /etc/passwd
–加密函数易于计算但难于取反
即若s为口令,f(s)而非s本身被存在password 文件中,这里f 为单向加密函数, 易于计算但难于取反.
口令的选取
推荐选取原则
–混合使用字母(大小写),数字 . –采用一个熟悉句字中出现的单词的首字母,
10.4 操作系统安全(Security) 操作系统安全(Security)
安全威胁(Types of Security Threats) 身份认证(Authentication) 程序威胁(Program Threats) 威胁监测(Threat Monitoring) 可信系统(Trusted System)
如MfnisB (My Father's Name is Bob) .
UNIX口令 UNIX口令
UNIX系统在加密之前对口令拼加"salt"
– salt是随机产生的长度为12bit的附加位,将其
与口令s(56bit)串接在一起,然后对其结果 再运行crypt(3)算法,加密后的结果连同salt 一起保存在passwd文件中
威胁类型
source
destination
source
destination
阻断
截取
source
destination
source
destination
篡改
伪造
10.4.1闯入与身份认证 10.4.1闯入与身份认证
身份认证最常用的手段是口令 . 口令加密后存储到系统的Password文件中
–用户口令在帐户建立时连同登录名字一起记
威胁类型
操作系统的安全威胁来自如下方面: ● 用户不负责任:指用户有意或无意地造成明显的破坏, 比如,将帐号交给其他人使用,口令选取过于随意,一个被 授权存取某些文件的用户复制一份关键的文件去卖钱. ● 用户刺探:指用户盗用没有受到充分保护的系统部分. 某些用户认为能够获得对禁止的系统部分的访问权是一个智 力挑战, 于是就与系统开玩笑. 他们的动机有的并无恶意, 有的 则是盗窃数据, 甚至破坏数据. ● 用户侵入:指用户冲破安全控制以获得对于系统的访问 权限, 如窃取了系统操作员的名头及口令后以系统操作员的身 分登录系统, 进行越权操作.
一次性口令
– 第二次登录 : 主机响应n-1 , 远程用户输入口令s, 在客户端计算出p2=fn-1(s)并传送 给主机 , 主机计算出p1=f(p2)并将其与password 文件中的p1相 比较 . 如果相同登录成功,主机用p2取代password 文件中 的p1, 并将n减1 .
10.4.2 程序威胁
原理 基于单向函数 y=f(x) 给定x,可以很容易地计算y ; 从计算上来说不可能求得x ; 用户首先选定一个保密口令s,同时指定一个整数n( s n 口令使用次数) Password generation: 第一代口令为p1=fn(s) ; 第二代口令为p2=fn-1(s) ; ... 第n代口令为pn=f(s) .
陷阱门 逻辑炸弹 特洛伊木马 细菌 蠕虫 复制 病毒
独立程序 恶意程序 寄生程序
逻辑炸弹
逻辑炸弹是隐藏在合法程序中可以被某种 条件触发而执行某种破坏性动作的程序
– 软件开发者可以采用这种手段制约使用者,
以达到某种目的 , – 逻辑炸弹程序的设计是容易的,一般编程人 员都能实现,但要伪装得好,不易被发现, 则需要一定的设计技巧和编程经验 .
10.4.3 安全策略
口令管理
–初始口令 当为给一个用户建立户头时, 为其规定一个登录 口令 –关卡口令 在某些关键目录,关键文件等设置口令, 可以防 止非授权的用户对其进行访问, 达到保护的目的 –主副口令 即设置两个口令: 一个为主口令, 另外一个为副口 令. 主副口令分别由两个不同的用户掌握, 仅当二 者都在场时才能成功对答通过
威胁类型
对安rruption)
系统资产被毁损或变成不可用,不能用
– 截取(interception) 非授权方得到系统资产,如盗取保密数据 – 篡改(modification) 系统数据被非授权者改变 – 伪造(fabrication) 非授权者将假对象加入系统
防火墙(firewall) 防火墙(firewall)
防火墙是网络上分离可信系统(trusted system)与非可信系统(un-trusted system) 的常用方法
–介于可靠系统与非可靠系统之间的一台计算
机或一个路由器构成 –作用
限制两个不同安全域之间的相互访问 动态监视和记录所有连接
加密
特洛伊木马
特洛伊木马是嵌入于某合法程序中的秘密 例程,合法程序的执行将导致秘密例程的 执行,是具有伪装的攻击程序 . 例如
乙欲得到甲的文件F, 因无权限不能直接访问, 便编写一个游戏程序G并邀请甲玩,甲运行G, 这确实是一个游戏程序,但在后台G将F复制 到乙用户的目录下,达到了文件窃取的目的
特洛伊木马
一次性口令
– 主机初始化 P0=f(P1)和n记在password file中 – 第一次登录 : 主机响应n , 远程用户输入口令s, 在客户端计算出p1=fn(s)并传 送给主机 , 主机计算出p0=f(p1)并将其与password file中的p0相 比较 . 如果相同登录成功,主机用p1取代password file中 的p0, 并将n减1 .
审计记录的事件
– 使用识别和认证机制(如注册过程); – 将某客体引入某个用户的地址空间(如打开文件); – 删除客体; – 系统管理员和安全管理员执行的操作.
审计(auditing) 审计(auditing)
审计的事件包括:
– 对系统资源的访问; – 使用某种特权对系统资源进行访问; – 注册/退出操作; – 修改系统或用户口令; – 不成功的登录操作.
UNIX口令载入
salt User-id User-id salt Epsw(s,salt) 12bit password 56 bit
crypt(3)
10chars
UNIX口令验证
User-id
User-id salt
Epsw(s,salt)
password
crypt(3)
compare
一次性口令
审计(auditing) 审计(auditing)
审计作为事后追踪的手段来保证系统安全
– 审计将涉及系统安全的操作记录在系统监听日志
(audit log)中 – 以便在发生安全问题后对违反系统安全规则的事件能 够有效地追查事件发生时间,地点与过程
审计(auditing) 审计(auditing)
加密的思想是伪装信息,使局外人不可 理解信息的真正含义
–安全性取决于对密钥的管理 –加密保护可以防止信息被截取(interception) –不能防止信息被篡改(modification)
加密
加密和解密原理
KE C=E(P,KE) P E D P=D(C,KD) KD
一个加密系统可由五元组定义:S={P,C,K,E,D}, 其中P为明文空 间,C为密文空间,K为密钥空间,E为加密算法,D为解密算法.
防止特洛伊木马
– 增强权限检查和控制,如限制存取灵活性 – 提高自我防范意识,慎重使用来历不明的软
件
后门( 后门(trapdoor)
后门是程序中绕过例行检查的入口
– 这种非正常入口在程序开发过程中普遍存在,
一旦系统发布所有后门均应关闭
后门一般有两种情况
– 忘记关闭 – 有意保留
细菌( 细菌(bacteria)