7 操作系统

软考高级信息系统项目管理师复习资料。

7.操作系统

• 引言
  • 计算机系统
    • 硬件
    • 软件
      • 操作系统
        • 操作系统是计算机硬件和用户（程序和人）的一个接口，它使得其他程序更加方便有效地运行，并能方便地对计算机硬件和软件资源进行访问。
      • 应用程序
• 演化
  • 批处理系统
    • 设计于20世纪50年代，目的是控制大型计算机。
    • 用穿孔卡输入数据，用行式打印机输出结果，用磁带设备作为辅助存储介质。
    • 每个运行的程序称为一个作业。
  • 分时系统
    • 将多个作业装入内存，当且仅当该资源可用时分配给需要它的作业。
    • 分时：每个作业可以分到一段时间来使用资源。
    • 调度：给不同的程序分配资源并决定哪一个程序什么时候使用哪一种资源。
    • 进程：在内存中等待分配资源的程序。
  • 个人系统
    • 适合个人计算机的操作系统。
    • 单用户操作系统，如DOS（磁盘操作系统）。
  • 并行系统
    • 在同一计算机中安装多个CPU，每个CPU可以处理一个程序或者一个程序的一部分。
    • 即很多任务可以并行地处理而不是串行处理。
  • 分布式系统
    • 系统拥有多种通用的物理和逻辑资源，可以动态的分配任务，分散的物理和逻辑资源通过计算机网络实现信息交换。系统中存在一个以全局的方式管理计算机资源的分布式操作系统。
  • 实时系统
    • 实时系统是指在特定时间限制内完成任务。
• 组成部分
  • 用户界面
    • 用来接收用户（进程）的输入并向操作系统解释这些请求的程序。
    • 一些操作系统的用户界面被称作命令解释程序，如UNIX的用户界面被称为Shell，在其他操作系统中被称为窗口（由菜单驱动并有GUI（图形用户接口）的部件）。
  • 内存管理器
    • 单道程序
      • 大多数内存用来装载单一的程序，仅仅一小部分用来装载操作系统。
      • 整个程序装入内存运行，运行结束后，程序区域由其他程序取代。
      • 问题
        • 程序必须能够载入内存。
        • 当一个程序正在运行时，其他程序不能运行。
        • 输入输出设备的速度远小于CPU，CPU和内存的使用率很低。
    • 多道程序
      • 同一时刻可以装入过个程序并且能够同时被执行，CPU轮流为其服务。
      • 分区调度
      • 分页调度
        • 内存被分为大小相等的若干部分，称为帧；
        • 程序被分为大小相等的部分，称为页。
      • 请求分页调度
        • 程序被分成页，可以以此载入内存、运行，然后被另一个页代替。
      • 请求分段制度
        • 程序按程序员的角度分成段，然后载入内存中、执行，被来自同一程序或其他程序的模块取代。
      • 请求分页和分段调度
        • 虚拟内存
        • 一部分程序驻留在内存中，一部分放在硬盘上。
    • 内存换出
      • 最佳置换算法（Optimal）：一种理论的算法，选着淘汰的页面是以后一定不再使用的页面（理想化的），该算法无法实现，只能作为其他算法好坏的一个评价对比。
      • 先进先出（FIFO）算法：总是最先淘汰最先进去的页面，该算法容易实现。缺点：通常程序调入内存的先后顺序和程序执行的先后顺序不一致，导致缺页率高。
      • 最近最久未使用算法LRU：算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录上次页面被访问到现在所经历的时间t，每次置换的时候把t值最大的页面置换出去(实现方面可以采用寄存器或者栈的方式实现)。
      • 时钟算法clock(也被称为是最近未使用算法NRU)：页面设置一个访问位R，并将页面链接为一个环形队列，页面被访问的时候访问位设置R为1。页面置换的时候，如果当前指针所指页面访问R为0，那么置换，否则将其置为0，循环直到遇到一个访问为位0的页面。
      • 但是这个方法有缺点：缺页比较少的时候（最近没有使用淘汰中的“最近”太长了），所有的R都为1（很少变成0）,每次都要转一圈才能找到换出去的页，退化成FIFO，效率不高。
      • 改进： 双指针，一个快，一个慢，像时钟一样 （定时清除R位）（更像clock）
      • 快时钟做R的清0定时清0,等到慢指针转到这里的时候R=0,说明在定时时间片内没有备访问，该页可以被替换了。
  • 进程管理器
    • 程序、作业和进程
      • 程序
        • 程序是由程序员编写的一组稳定的指令，存在磁盘（或磁带）上，他可能也可能不会成为作业。
      • 作业
        • 从一个程序被选中执行，到其运行结束并再次成为一个程序的这段过程中，该程序成为作业。
      • 进程
        • 进程是一个运行中的程序。该程序开始运行且未结束。
    • 状态图
    • 调度器
      • 作业调度器
        • 将一个作业从保持状态转入就绪状态，或是从运行状态转入终止状态。
      • 进程调度器
        • 将一个进程从一个状态转入另一个状态。
      • 其他调度器
        • 子主题
    • 队列
      • 为处理多个进程和作业，进程管理器使用队列（等待列表）。
      • 从队列中选择下一个作业或进程的策略
        • 先入先出
        • 最短长度优先
        • 最高优先级
    • 进程同步
      • 死锁
        • 四个必要条件
          • 互斥
            • 一个资源一次只能被一个进程使用
          • 资源占有
            • 一个进程因请求资源而阻塞时，对已经获得资源保持不放
          • 抢先
            • 进程已获得的资源在未使用完之前不能强行剥夺
          • 循环等待
            • 若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源的关系
        • 读者-写者问题
        • 生产者-消费者问题
      • 饿死
        • 哲学家问题
    • 设备管理器
      • 负责访问输入/输出设备。
  • 文件管理器
    • 控制文件的访问。
• 特性
  • 并发
    • 同一段时间内多个程序执行(注意区别并行和并发，前者是同一时刻的多个事件，后者是同一时间段内的多个事件)。
  • 共享
    • 系统中的资源可以被内存中多个并发执行的进线程共同使用。
  • 虚拟
    • 通过时分复用（如分时系统）以及空分复用（如虚拟内存）技术实现把一个物理实体虚拟为多个。
  • 异步
    • 系统中的进程是以走走停停的方式执行的，且以一种不可预知的速度推进。
• 主流操作系统
  • UNIX
    • 多用户、多道程序、可移植的操作系统，方便编程、文本处理、通信。
    • UNIX结构
      • 内核
        • 内存管理
        • 进程管理
        • 设备管理
        • 文件管理
      • 命令解释器
        • 接收和解释用户输入的命令。
      • 工具
        • 工具是UNIX的标准程序，为用户提供支持过程。
        • 常用的三个工具：文本编辑器、搜索程序、排序程序。
      • 应用
        • UNIX的应用是由系统管理员、专职程序员或用户编写的。
  • Linux
    • 组成
      • 内核
        • 内存管理
        • 进程管理
        • 设备管理
        • 文件管理
      • 系统库
        • 系统库含有一组被应用程序使用的函数（包括命令解释器），用于内核交互。
      • 系统工具
        • 系统工具是使用系统库提供的服务，执行管理任务的各个程序。
    • 网络功能
      • 套接字接口
      • 协议驱动
      • 网络设备驱动
    • 安全
      • 身份验证
      • 访问控制
  • Windows
    • 设计目标
      • 可扩展性
      • 可移植性
        • 用C或C++编写，可独立于机器语言。
      • 可靠性
      • 兼容性
      • 性能
    • 体系结构
      • HAL
        • 硬件抽象层（HAL）为上层隐藏了硬件的差异。
      • 内核
      • 执行者
        • 对象管理器
        • 安全引用监控器
        • 进程管理器
        • 虚拟内存管理器
        • 本地过程调用工具
        • I/O管理
      • 环境子系统
        • 可运行早期版本、其他系统的应用程序。
• 国产操作系统
  • Deepin 深度Linux
    • deepin操作系统是由武汉深之度科技有限公司开发的Linux发行版。它包含了所有您需要的应用程序，网页浏览器、幻灯片演示、文档编辑、电子表格、娱乐、声音和图片处理软件，即时通讯软件等等。
    • 开发团队：主要开发者为冷罡华()、王勇、张成等。
    • 开源承诺：Deepin 是在 Ubuntu软件仓库的基础上开发的，源代码全部公开。
    • 发布周期：每年发布两个版本，分别是每年的 6 月 30 日和 12 月 30 日。
    • 版本号：所发布的版本号为：“年.月”，比如 9.12, 10.06 等等。最新版本为15.11，发布于2019年7月19日。
    • 版本代号：Ubuntu 的代号，比如 Deepin 9.12 是基于Ubuntu 9.10Karmic，所以9.12 也用 Karmic 做代号。
  • startOS 起点操作系统
    • StartOS是由东莞瓦力网络科技有限公司发行的开源操作系统，其前身是由广东雨林木风计算机科技有限公司ylmfos开发组所研发的ylmfos，符合国人的使用习惯，预装常用的精品软件，操作系统具有运行速度快，安全稳定，界面美观，操作简洁明快等特点。
    • 基于Ubuntu定制
    • 集成OpenOffice3.1办公室软件、高仿Windows XP的Linux操作系统，并命名为Ylmf OS。
  • 优麒麟 UbuntuKylin
    • 优麒麟（Ubuntu Kylin）是由中国CCN（由CSIP、Canonical、NUDT三方联合组建）开源创新联合实验室与天津麒麟信息技术有限公司主导开发的全球开源项目。
    • 开源。
    • 以Ubuntu为参考，得到来自Debian、Ubuntu、LUPA及各地Linux用户组等国内外众多社区爱好者的广泛参与和热情支持，其开发贡献者可参见Ubuntu Kylin开发者团队列表。
    • 2013年3月23日，工信部与Ubuntu系统开发商Canonical联合宣布：“工信部旗下的软件与集成电路促进中心（CSIP）将和Canonical合力打造专为中国市场而设计的优麒麟（Ubuntu Kylin）操作系统基本架构。”这一合作是中国政府推广开源软件、加速中国开源生态系统发展的计划一部分，优麒麟系统的打造将为中国的硬件、软件开发者提供参考模板。
  • 中标麒麟 NeoKylin
    • 2010年12月16日，两大国产操作系统——民用的“中标Linux”操作系统和解放军研制的“银河麒麟”操作系统，在上海正式宣布合并成为“中标麒麟”，和国防科技大学同日缔结了战略合作协议。
    • 中标麒麟安全操作系统符合Posix系列标准，兼容联想、浪潮、曙光等公司的服务器硬件产品，兼容达梦、人大金仓数据库、湖南上容数据库（SRDB)、Oracle9i/10g/11g和Oracle 9i/10g/11g RAC数据库、IBM Websphere、DB2 UDB数据、MQ、Bea Weblogic、BakBone备份软件等系统软件。
    • 桌面操作系统
      • 中标麒麟桌面操作系统是一款面向桌面应用的图形化桌面操作系统，针对X86及龙芯、申威、众志、飞腾等国产CPU平台进行自主开发，率先实现了对X86及国产CPU平台的支持， 提供性能最优的操作系统产品。通过进一步对硬件外设的适配支持、对桌面应用的移植优化和对应用场景解决方案的构建，完全满足项目支撑，应用开发和系统定制的需求。
      • 该系统除了具备基本功能外，还可以根据客户的具体要求，针对特定软硬件环境，提供定制化解决方案，实现性能优化和个性化功能定制。
      • 中标麒麟桌面操作系统针对X86及龙芯、申威、众志等国产CPU平台，完成了硬件适配、软件移植、功能定制和性能优化，可以运行在台式机、笔记本、一体机、 车载机等不同产品形态之上，支撑着国防、政府、企业、电力和金融等各领域的应用。
    • 安全操作系统
      • 为满足政府、国防、电力、金融、证券等领域，以及企业电子商务和互联网应用对操作系统平台的安全需求，中标软件有限公司研发的安全可控、高安全等级的操作系统平台产品——中标麒麟安全操作系统软件V5.0；为用户提供全方位的操作系统和应用安全保护，防止关键数据被篡改被窃取，系统免受攻击，保障关键应用安全、可控和稳定的对外提供服务。
    • 安全邮件服务器
      • 为了解决通用邮件系统安全性和保密性问题，中标软件有限公司面向政府和中小企业研制推出的安全增强电子邮件服务器软件。
    • 安全云操作系统
      • 中标麒麟安全云管理平台，NeoKylin sCloud MP NeoKylin Security Cloud Management Platform
      • 中标麒麟安全云虚拟化服务器，NeoKylin sCloud VS NeoKylin Security Cloud Virtualization Server
      • 中标麒麟安全云虚拟桌面套件，NeoKylin sCloud VDS NeoKylin Security Cloud Virtual Desktop Suite
    • 高级服务器操作系统
      • 中标麒麟高级服务器操作系统是中标软件有限公司依照CMMi5标准研发、发行的国产Linux操作系统；针对关键业务及数据负载而构建的高可靠、易管理、一架式Linux服务器操作系统。
    • 通用服务器操作系统
      • 中标麒麟通用服务器操作系统用于部署和管理中小型企业级和部门级应用服务，为用户提供高性能处理能力和高可靠性。
    • 高可用集群软件
      • 中标麒麟高可用集群软件是基于中标麒麟服务器操作系统开发的智能高可用软件产品，是国内首款支持国产龙芯CPU架构的高可用产品，通过应用中标麒麟高可用集群产品可以提升软硬件系统及应用运行的稳定性和可靠性，该产品经过多年的用户应用及市场验证，提供的抗错能力足以支持关键业务系统应用可靠性苛刻要求为政府、金融、电力、医疗、运输、制造业、等行业用户提供高效、至微的可靠服务。
  • 中兴新支点
    • 中兴新支点操作系统由广东新支点技术服务有限公司发布，该公司成立于2004年，是广东省LINUX公共服务技术支持中心运营单位。中兴新支点操作系统基于Linux稳定内核，经过近10年专业研发团队的积累和发展，在安全加固、性能提升、易用管理等方面表现突出。中兴新支点操作系统分为嵌入式操作系统（NewStart CGEL)、服务器操作系统（NewStart CGSL）、桌面操作系统（NewStart NSDL）。其客户覆盖国内外电信运营商、电子政务、金融、交通、航天、教育、军工等众多领域，是国内首家走出国门的自主、安全、可控、好用的操作系统。
    • 中兴新支点桌面操作系统，中央政府采购和中直机关采购入围品牌。一款开源，由中兴通讯作为坚实后盾自主，安全，可控，好用的操作系统。因为其对国产芯片的完整支持，目前在自主方案中被众多商业，政府及教育机构采用。
    • 广东中兴新支点技术有限公司成立于2004年，属中兴通讯的全资子公司，是广东省Linux公共服务技术支持中心的运营实体。是一家专注于以操作系统为基础的基础软件研发及CPI宽带物联网解决方案提供的专业技术型公司。旗下有服务器操作系统、嵌入式操作系统、桌面操作系统、高可用集群软件、备份软件、多运营商多链路智慧协同路由器（ICG）、宽带无线级联路由器（NCA)等产品，具备完整的CPI宽带物联网连接平台解决方案提供能力，产品和方案广泛服务于电力、能源、通讯、电子政务系统。是目前中国首家提供宽带物联网解决方案的公司，也是中国Linux开源软件技术实力最强的单位之一。
  • 威科乐恩Linux（WiOS）
    • 威科乐恩Linux WiOS是由威科乐恩（北京）科技有限公司开发的一服务器操作系统，旨在帮助企业无缝地过渡到包含虚拟化和云计算的新兴数据中心模式。
    • 公司以wilinux6服务器操作系统为龙头，带动服务器硬件产品的推广、带动开展机房运维服务外包、带动云端解决方案的产生、带动零客户端的推广、带动移动终端的应用、带动应用软件的开发、带动了为客户提供一体化的信息服务、带动了一体化服务体系的完善与推广。
    • 团队拥有多年开源软件linux操作系统研发与推广经验、拥有应用软件架构设计与开发经验、拥有大型系统集成项目的实战经验、拥有硬件产品渠道推广与客户直销的丰富经验。
    • 基于对开源软件linux操作系统的深入理解和软硬件调优技术，研发和服务团队可为用户提供信息服务软硬件一体化解决方案，为用户提供满足用户使用要求的具有自主知识产权的高性能、高可用的信息服务一体化新产品。
  • 七、凝思磐石安全操作系统
    • 凝思安全操作系统是北京凝思科技有限公司（简称:凝思公司）自主研发、拥有完全自主知识产权的操作系统，遵循国内外安全操作系统GB17859、GB/T 18336、GJB4936、GJB4937、GB/T 20272以及POSIX、TESEC、ISO 15408等标准。
    • 凝思安全操作系统基于公司自主研发的安全内核，提供底层软件系统的安全支持，能够充分防范缓冲器溢出、代码注入、病毒、木马和非授权访问等安全威胁，满足用户的各类高安全要求。凝思安全操作系统是国内首款符合信息系统安全等级保护4级（结构化保护级）标准并经公安部信息安全检测中心检验合格的安全操作系统，适用于等级保护四级的应用系统。同时，凝思安全操作系统也满足国家保密局分级保护标准对操作系统的要求，适用于各类涉密系统。
    • 在科技部863信息安全项目和国家发改委信息安全项目的支持下，基于凝思安全操作系统推出的安全服务器系统填补了国内空白，获得军用信息安全产品军B级认证，并成功地部署到政府和军队的关键部门。凝思安全操作系统也在国家电力、电信、安全、国防、机要、和政务等重点行业和部门得到广泛应用。
  • 八、思普操作系统
    • SPG思普操作系统 [简称SPGnux]，是一款由中国软件公司开发的计算机操作系统。SPGnux操作系统有桌面版和服务器版两种它将办公、娱乐、通讯等开源软件一同封装到办公系统中，拟实现通过桌面办公系统的一次安装满足用户办公、娱乐、网络通讯的各类应用需求。
    • 在2012年6月6日—10日举行的第20届中国昆明进出口商品交易会暨第5届南亚国家商品展上，云南思普投资（集团）有限公司向云南、东南亚南亚国家和来自全国的参展商，以及前来逛昆交会的市民全面展示了滇版的“Windows”操作系统。
    • 据思普集团董事长张龙介绍，这次在昆交会上展示的是SPGnux（思普办公桌面系统），是公司的核心产品之一，从2006年研发至今，已有6个年头。相比微软Windows，SPGnux在安装的难易程度、安全性、开放性、价格方面都更具备优势。
    • SPGnux操作系统有桌面版和服务器版两种。张龙介绍，SPGnux操作系统发行中文、英文、阿拉伯文三种版本，每种语言之间可以进行互相切换。其中，在服务器上使用阿拉伯语，在全世界范围内也尚属首次。
  • 九、中科方德桌面操作系统
    • 方德桌面操作系统基于核高基桌面操作系统基础版，遵循“基础版+发行版”创新研发模式，采用核高基安全加固内核，与基于兆芯（兼容x86平台）的国产整机进行全面适配优化，性能优异。
    • 产品提供了美观、易用的桌面环境，易于安装配置，适用于台式机、笔记本、一体机等终端产品，可广泛地应用于党政机关、医疗、电信、教育、金融等领域，为客户提供稳定、易用的桌面平台，满足客户的办公、上网、教育、开发等应用需求。
    • 中科方德软件有限公司成立于2006年，是“基础软件国家工程研究中心”的项目法人单位，该中心是目前基础软件领域唯一的国家级工程技术研究中心。作为国内为数不多的长期投身操作系统产业发展的企业，中科方德以保障国家党政军及重大行业信息系统安全、发展我国自主可控基础软件为己任，致力于提供可以信赖的国产操作系统产品、解决方案和服务。
  • 十、RT-Thread RTOS
    • RT-ThreadRTOS是一款来自中国的开源实时操作系统，由RT-Thread工作室的专业开发人员开发、维护。
    • 起初RT-Thread是一个实时的内核(全抢占优先级调度，调度器时间复杂度O(1))，但在发展过程中，RT-Thread实时操作系统得到了来自全国嵌入式开发工程师的鼎力支持，为RT-Thread添砖加瓦，现在它不仅仅是一款高效、稳定的实时核心，也是一套面向嵌入式系统的软件平台，覆盖了全抢占的实时操作系统内核，小巧而与底层具体实现无关的文件系统，轻型的TCP/IP协议栈以及轻型的多窗口多线程图形用户界面。
    • RT-Thread是一个平台，您可以把您的创意汇聚在一起，小平台大社区，RT-Thread的开发人员就在您的身边。
  • 十一、一铭操作系统
    • 一铭操作系统是一铭软件基于Linux内核开发的一款国产化操作系统。该系统秉承人性化、实用化、效率化的设计理念，提供了用户所需的桌面应用。支持办公应用、电子邮件与日历、网络浏览、多媒体、文件阅读、即时通讯、图象处理以及配置管理等软件。
    • 一铭操作系统(YMOS)是2013、2014、2015年度中央机关政府协议供应产品，列入全国各级省市的政府采购目录。产品基于国家Linux标准开发，贴合国人的使用习惯，在系统安装、用户界面、中文支持和安全防御等方面进行了优化和升级，一铭操作系统（YMOS）集成了常用的办公软件、应用软件和配置管理工具，支持部分Windows平台应用软件直接使用。