🛡️ 作業系統（OS）基礎知識：從零到專業的網路安全學生指南

1) 什么是操作系统？

操作系统（OS） 是位于用户/应用与硬件之间的软件层。它分配 CPU 时间，管理内存与文件，控制设备，并通过 系统调用 与 Shell/GUI 提供一致接口，使程序高效且安全地运行。

2) 操作系统的核心职责

• 进程与 CPU 管理： 创建/终止进程，在内核上调度线程。
• 内存管理： 分配 RAM，实现 虚拟内存 并强制隔离。
• 设备与 I/O 管理： 通过驱动抽象磁盘、网卡、键盘等。
• 文件系统管理： 以文件/目录组织数据并设置权限。
• 安全与审计： 认证、授权、日志、配额。
• 用户与程序接口： Shell/GUI 与系统调用 API。

3) OS 架构：Kernel、Shell 与系统调用

• 内核（Kernel）： 在 内核态（Kernel Mode） 运行的特权核心，负责调度、内存、驱动、文件系统与进程间通信（IPC）。
• Shell： 面向用户的界面（CLI 或 GUI），解释命令并启动程序。
• 系统调用（syscalls）： 从用户态进入内核服务的受控入口（如 open、read、execve、CreateProcessW）。

常见内核风格：

• 单体内核（Monolithic）： 如 Linux，多数服务在内核中。
• 微内核（Microkernel）： 将服务移到用户态以增强模块化。
• 混合内核（Hybrid）： 如 Windows、XNU，兼具两者特性。

4) 进程、线程与 CPU 调度

• 进程： 正在执行的程序，拥有独立的虚拟地址空间。
• 线程： 进程内可调度单元，共享同一内存。
• 调度器（Schedulers）： 决定下一个运行对象（FCFS、SJF、优先级、时间片轮转、MLFQ）。理解可抢占/不可抢占、上下文切换与饥饿，对性能与取证分析至关重要。

5) 内存管理与虚拟内存

• 虚拟内存： 为每个进程提供隔离的逻辑地址空间，由 RAM 与磁盘（分页）共同支撑。
• 页面置换算法： 如 FIFO、LRU、Optimal，在局部性与开销间权衡。
• 保护机制：（用户态/内核态、页面权限）防止进程间相互干扰。

6) 存储、文件系统与 I/O

• 操作系统提供 文件系统（如 Linux 的 ext4/XFS、Windows 的 NTFS/ReFS），具备 元数据、权限/ACL 与 日志（journaling） 以提升韧性。
• 块设备 I/O（磁盘/SSD）使用调度；字符设备 I/O（终端）以流为导向。
• 磁盘调度（如 SCAN/LOOK）与缓冲/缓存可提升吞吐。

7) 启动流程与运行模式

典型阶段：

1. UEFI/BIOS 初始化硬件并定位引导程序。
2. 引导程序（Bootloader） 将内核（及 initramfs）加载到内存。
3. 内核初始化子系统，挂载根文件系统，启动第一个用户态进程（init/systemd 或 Windows Session Manager）。
4. 各类服务与登录/会话管理器启动。

用户操作在 用户态（User Mode），OS 核心在 内核态（Kernel Mode）。

8) 安全基础（账户、ACL、策略）

通用原语：

• 身份与组；权限（rwx、ACL）、属主与最小特权边界。
• 策略执行（Windows：UAC、组策略；Linux：DAC + MAC，如 SELinux/AppArmor）。
• 审计与日志（Windows 事件日志、Linux 的 syslog/journald）。

良好卫生：最小权限、及时打补丁、强认证。

9) 虚拟化与容器

• 虚拟机（VM）： 仿真完整硬件，在同一主机上运行多个 OS。
• 容器：（Linux 的 namespaces/cgroups）在共享内核上隔离进程——启动快、密度高，适合生产与实验室。

10) OS 类型：桌面、服务器与移动

• 桌面： Windows、macOS、Linux 发行版——办公、开发、游戏。
• 服务器： Linux/Windows Server——无 GUI 的服务、性能与安全调优。
• 移动： Android/iOS——应用沙箱与移动安全范式。

11) Linux 与 Windows：运维要点（动手实践）

用户与组管理

• Linux： useradd、groupadd、passwd -l，文件 /etc/passwd、/etc/shadow。
• Windows： net user、net localgroup，MMC 的 Local Users & Groups。

软件包与更新

• Linux： apt、dnf、yum、apk。
• Windows： Winget/Chocolatey；Windows Update 服务（wuauserv）。

服务与自启

• Linux： systemctl enable|start <service>（systemd）或 service（SysV）。
• Windows： 服务控制管理器（sc config/start/stop）、Services.msc。

文件与权限

• Linux： chmod、chown、umask；ext4/XFS。
• Windows： NTFS ACL（GUI 或 icacls）、继承、审计。

日志

• Linux： /var/log/*、journalctl；logrotate 进行轮转/压缩。
• Windows： 事件查看器 → Application/Security/System；通过组策略或控制台设定保留策略。

12) 日志、监控与故障排除

• Linux： journalctl -u <svc>、dmesg、top/htop、ss -tulpn、lsof、strace。
• Windows： 事件查看器筛选、Resource Monitor、Process Explorer、Get-WinEvent、Get-Process、netstat、Sysinternals 工具。
• 进行日志轮转与集中（syslog → SIEM），制定保留与访问策略。logrotate 是 Linux 标准自动轮转工具。

13) 加固清单（Linux 与 Windows）

Linux

• 禁用 root 的 SSH 登录（PermitRootLogin no），优先使用密钥认证。
• 定期打补丁；最小化安装包；开启防火墙（ufw/nftables）。
• 正确设置敏感文件权限（如 /etc/shadow 设为 640，属主 root:shadow）。
• 配置 logrotate 与集中日志；监控认证失败。

Windows

• 为 RDP 启用 NLA；禁用 Guest；实施强锁定策略。
• 保持 Windows Update 启用；开启 Defender 与 SmartScreen。
• 限制本地管理员使用；落实最小特权；使用 AppLocker/WDAC。
• 设定日志保留并转发至 SIEM。

14) 面试/考试常见问答（简答）

• 什么是 OS？ 介于用户/应用与硬件之间的接口；管理资源并提供服务。
• 进程 vs 线程？ 进程有独立地址空间；线程共享该空间，是调度单元。
• 什么是虚拟内存？ 通过分页与二级存储，为进程提供隔离的地址空间。
• 内核 vs Shell？ 内核＝特权核心；Shell＝用户界面（CLI/GUI），通过系统调用与内核通信。
• 单体 vs 微内核？ 单体将多数服务置于内核；微内核保留最小内核，服务在用户态。

15) 迷你实验：现在就试

在一次性 VM/容器中运行。

Linux

# 1) 用户与组
sudo groupadd secops && sudo useradd -m -g secops -s /usr/sbin/nologin secops && sudo passwd -l secops

# 2) 软件包（Debian/Ubuntu）
sudo apt-get update -y && sudo apt-get install -y htop && htop --version && sudo apt-get remove -y htop

# 3) 服务（systemd）
sudo systemctl enable --now cron || echo "Not available here"

# 4) 日志轮转
cat | sudo tee /etc/logrotate.d/custom <<'EOF'
/var/log/custom.log {
  weekly
  rotate 4
  compress
  missingok
  notifempty
  create 0640 root adm
}
EOF
sudo touch /var/log/custom.log && sudo chown root:adm /var/log/custom.log && sudo chmod 0640 /var/log/custom.log

# 5) SSH 加固
sudo sed -i 's/^#\?PermitRootLogin.*/PermitRootLogin no/' /etc/ssh/sshd_config && sudo systemctl restart ssh || true

Windows（以管理员身份运行 PowerShell）

# 1) 用户与组
net user secops /add /y
net localgroup "Users" secops /add

# 2) 通过 winget 安装包（或可用时用 Chocolatey）
winget install --id=7zip.7zip -e; winget uninstall --id=7zip.7zip -e

# 3) 服务
sc config wuauserv start= auto
sc start wuauserv

# 4) 日志保留（示例：Application = 64MB）
wevtutil sl Application /ms:67108864

# 5) 推荐启用 RDP + NLA（Group Policy / System Properties > Remote）

16) 术语表

• ACL： 访问控制列表——对对象的细粒度权限。
• 上下文切换（Context Switch）： 保存/恢复 CPU 状态以切换线程。
• 日志型文件系统（Journaling FS）： 将变更写入日志以提升崩溃后的恢复力。
• Kernel/User Mode： CPU 特权级，决定允许的操作。
• 分页（Paging）： 在 RAM 与磁盘之间移动页面。
• 抢占（Preemption）： 调度器中断正在运行的线程以运行另一个。
• 系统调用（System Call）： 用户态进入内核服务的 API 边界。

17) 发布到 Cyber8200 博客的 SEO 提示

• 在 H1/H2 中加入关键词：“Operating System Basics”“OS for Cybersecurity”“Linux vs Windows administration”。
• 添加指向 Linux CLI、Windows Registry、SIEM/Logging、Threat Hunting 等内部文章的链接。
• 提供可下载的 速查表（cheat sheet） 与 实验脚本，提升停留时间与外链。
• 使用 JSON-LD（FAQPage） 标注常见问答，获取丰富摘要结果。