实时操作系统

引言

实时操作系统（Live OS）是一种设计用于从可启动介质（如U盘、CD 或 DVD）运行的操作系统，无需将其安装到硬盘系统中。Live OS 的理念可以追溯到对一种可移植计算环境的需求，这种环境几乎可以在任何硬件上启动。

可启动操作系统的概念在 20 世纪 90 年代末成型，尽管直到 2003 年 Klaus Knopper 重新修订的“Live CD”Knoppix Linux 出现时才有了这个术语。Knoppix 使得在计算机上启动一个完整的基于 Linux 的图形操作系统成为可能，而无需在主机计算机上安装任何东西。

• Live OS 通常完全在RAM中运行，只有在调用时才会访问硬盘，例如保存文件或修改设置。多年来，Live OS 的理念不断发展，如今存在着许多发行版，主要使用 Linux 操作系统系列，例如 Ubuntu Live、Tails 或 Knoppix。其他则使用 Windows 操作系统，例如Windows PE。这些主要被称为 live OS 的操作系统可以被许多参与系统恢复、网络安全和隐私等活动的社区使用。

实时操作系统的主要特点

1. 便携性和灵活性

• 任何实时操作系统的基本特征是便携性。它在闪存卡或CD上提供整个操作系统以及所有必要的文件和工具。这使用户可以在任何兼容该设备的计算机上访问熟悉的系统，即使该计算机的内部工作原理是未知的。这对于拥有动态环境、使用多台设备进行常规计算或经常出行的用户来说尤其有利。

2. 无需安装

• 与传统的 Live OS 相比，通常情况下，它们很容易安装，因为它们不需要安装到主机机器的硬盘驱动器上。在使用 OS 时，用户可以直接插入可启动设备，如USB或 CD，然后重新启动系统，即可在不进行任何更改的情况下，与当前设置并排使用。
• 此功能尤其重要，例如当一台机器出现了一些问题而用户正试图诊断它时，或者当一个人需要从另一台无法启动其 OS 的 PC 中提取数据时。

3. 安全性和隐私

• Live OS 在大多数情况下都具备必要的安全和隐私设置，因此非常适合匿名用户。Tails Live OS 主要用于安全的网页浏览，一旦会话完成，计算机将不会留下任何会话活动的记录。
• Live OS 在隔离模式下运行，这有助于主机计算机的原生 OS 不会跟踪用户活动。

4. 数据恢复和修复

• Live OS 的另一个独特之处在于可以进行数据救援和操作系统修复。当计算机的主操作系统损坏到无法响应时，当系统本身崩溃时，或者当需要从故障磁盘恢复数据或重新安装主操作系统时，可以使用 Live OS。
• 它包含磁盘管理工具和实用程序，这些工具对于处理实时系统几乎是必不可少的，因为这些工具有助于解决主操作系统的问题。

5. 良好的用户体验

• 事实上，可以对选定的 Live OS 安装许多更改和附加功能；此外，大多数基于 Linux 内核的 Live OS 都很灵活。Live OS 可以支持安装额外的软件、可修改的界面，并根据用户的需求设计和优化环境。
• 这使得 Live OS 既适合普通用户，也适合更复杂的、希望获得简单计算平台的用户的需求。通过拥有这样的功能，可以设置在 Live OS 中执行附加程序，从而在系统诊断或 beta 应用程序运行时更新其用途。

6. 数据持久性

• 特定的实时操作系统会在后续会话中保留在 RAM 中进行的数据修改。这是通过操作系统实现的，该操作系统能够将文件和设置存储在可启动介质上，例如通用串行总线（USB）。
• 此功能对于需要将在一个会话传输到另一个会话的数据和设置的用户来说是理想的，或者在需要将系统或应用程序恢复到初始启动时间设置以设置另一个会话的系统中。

实时操作系统类型

1. Linux

• 最常见的实时操作系统是基于Linux的。它们依赖于Linux 内核，并提供各种发行版（distros）以满足不同的使用需求。其中一些是Ubuntu、Fedora、Debian 和 Kali。这些 OS 提供功能齐全的环境，集成了实用程序和应用程序，用户可以执行大多数常见活动，例如网页浏览、文本输入和编辑。
• 基于 Linux 的 Live OS 因其效率、完美的防病毒和恶意软件保护以及开源的特性，而成为系统恢复、网络安全和渗透测试的首选。它们可以通过不同类型的桌面环境、软件应用程序和布局进行增强。

2. Tails

• Tails 是一个基于 Linux 的实时操作系统，以用户隐私为目标。它会覆盖所有互联网连接，以便用户在使用互联网时无法被追踪。Tails 主要推荐给记者、活动家和其他担心自己隐私的人使用。
• 它不会在主机设备上留下用户活动的记录，因为所有文件都暂时保存在 RAM 中，并在程序关闭后被删除。Tails 可用于匿名浏览互联网、保护电子邮件，以及在处理重要数据时增强隐私。

3. Ubuntu Live

• 最流行的 Linux 发行版也是 Ubuntu，它有一个 Live 版本，允许用户评估该 OS 并使用它，而无需安装程序。对于终端用户而言，Ubuntu Live 提供了一个功能强大的图形用户界面，并附带指向各种应用程序、文件浏览器和网络工具的快速链接。
• 它最适合那些希望在不安装 Ubuntu 的情况下进行测试，或者在需要文件检索或修复当前系统时使用。Ubuntu Live 在创建可在不同计算机上运行的操作系统环境方面非常受欢迎，该环境易于安装且对主机系统没有影响。

4. Knoppix

• Knoppix 是一个基于 Linux 的实时操作系统，用途广泛，尤其擅长系统修复。它包含一套完整的诊断实用程序和应用程序，用于解决分区损坏、文件丢失和安装不完整的问题。
• 它还可以用于教育目的的概念教学，或者作为一种便携式操作系统，用户不需要或不想要某个重量级的操作系统。完全便携，它从 CD 或 USB 驱动器启动；因此，它不需要安装在我们的系统上。

5. Windows PE（Windows 预安装环境）

• Windows PE 是微软设计的 Windows 版本，它是一个最小化的操作系统，用于安装在中央 Windows 安装之前的程序。与其他 Live OS 相比，Windows PE 不是标准操作系统，而是用于 Windows 系统安装、修复和诊断的紧凑型环境。
• Windows PE 最适合Windows OS 管理员在他们想要执行命令行操作、管理分区和其他维护功能时使用。它通常不用于日常商业计算，但广泛用于系统审查和测试目的。

6. SystemRescue

• SystemRescue（前身为 SystemRescueCD）是一个 Linux 版操作系统，用于救援、修复和磁盘管理工具。它预装了一些最基本的系统实用程序，如 ncurses，包括 parted、fsck，以及用于数据丢失、分区修复和文件系统管理等情况的救援工具。
• SystemRescue 是 IT 专家和系统管理员在解决 Linux、Windows 和 MacOS 问题时的一个知名工具。这款配备齐全的软件具有相当直观的程序界面，非常适合需要复杂恢复操作或系统分析的用户。

7. macOS Recovery

• Mac OS Recovery 是 Apple 为诊断、修复和系统恢复目的设计的原生实时操作系统。它是macOS的一部分，可以通过按下Command + R 键在恢复模式下启动 Mac 来启动。
• 用户可以通过Time Machine 备份恢复 Mac，重新安装 macOS 的新副本，或者运行磁盘实用程序来诊断和修复 Mac 存储设备。它还意味着有机会重置密码或执行其他高级管理任务。由于 macOS Recovery 是直接内置于 macOS 中的实用程序，因此它与 Apple 设备和软件紧密结合，以获得最佳效果。

8. Rescuezilla

• Rescuezilla 是一个基于 Linux 的实时操作系统，主要用于执行系统救援和备份操作。它并不复杂，但同时提供了尽可能多的功能，因为它既面向新用户也面向有经验的用户。
• 其图形用户界面，尽管在 Rescuezilla 的默认主题上很简洁，但包含了系统或磁盘映像创建以及系统崩溃后的数据救援的元素。它支持多种文件系统类型，对于需要制定计算机灾难恢复计划的人来说非常有用，换句话说，当用户需要从无法工作的系统恢复数据时，NTBS 会变得有益。

9. Puppy Linux

• Puppy Linux 也是一个高度便携、快速且简单的实时操作系统，需求量很大。它主要设计为驻留内存的程序，因此即使在老一代计算机或具有最少硬件设施的系统上也可以启动。
• Puppy Linux 拥有简单的图形用户界面和用于基本文件管理、浏览和多媒体播放的工具，因此，对于不需要频繁使用常规应用程序的任何人来说，它可以完美地作为快速 OS 使用。由于其体积小，它非常适合在 U 盘或旧硬件上运行，并且用户不希望在主机系统上安装任何东西并执行简单的计算功能。

实时操作系统用例

1. 系统修复和诊断

• 实时操作系统通常用于系统恢复或解决问题。当计算机的主操作系统无法加载时，会使用 Live OS。然后可以运行它来修复系统。例如，用户可以在不干扰主 OS 的情况下访问和恢复文档、扫描工具或进行系统恢复。
• 在需要重建或修复 OS 但无法启动第一个工作设置的情况下，大多数都很有帮助。

2. 数据备份和文件恢复

• 当计算机的硬盘驱动器出现故障，或者操作系统损坏时，Live OS 有助于文件的恢复和备份。它们使用户能够使用外部硬盘驱动器启动计算机，访问磁盘上的文件并将其复制到另一个磁盘。对于从未创建过备份或定期备份文件的用户，或者需要恢复已从计算机删除的数据时，这将非常有用。

3. 互联网安全与隐私

• 当用户希望保持匿名时，使用 Live OS 可以增强 Web 浏览的安全性。Live OS 占用外部媒体，不写入主机系统，因此不会留下用户活动的痕迹，例如缓存/浏览历史记录/ Cookie 等。
• 这使得它们在搜索个人数据、在线支付或在未知或共享计算机上浏览时非常适合使用。Live OS 通常使用 Tor 或加密文件系统等接口来提高用户的安全性。

4. 教育和培训

• 一些 Live OS 也用于学习机构，因为它们创造了一个学生可以学习和练习的安全环境。实时操作系统的明显优势在于，学生可以学习各种操作系统、工具和计算理念，而无需在主机计算机上安装任何额外的设备。
  这消除了学生对系统进行系统更改的可能性。对于培训中心、计算机课程或希望开始使用 Linux 或任何其他操作系统的个人来说，这几乎是理想的选择。

实时操作系统限制

1. 存储容量有限

• 实时操作系统遇到的一个最大问题是它们有有限的磁盘空间。由于它们从可启动设备（可以是 U 盘或 CD）启动操作系统，因此可用空间（以 GB 为单位）受限于媒体的大小。
• 这种限制倾向于减少可以存储和使用的应用程序、文件和数据的数量。某些 Live OS 允许将测试过程中所做的更改保存回驱动器。

2. 性能较慢

• 实时操作系统不像已安装的操作系统那样快。它们从外部存储启动，例如从 USB 或 CD，而不是从系统内部的硬盘或 SSD 启动。就目前而言，即使我们谈论的是 USB 3.0，速度也还可以，但与原生运行的 OS 相比，仍然明显慢得多。

3. 硬件兼容性问题

• 实时操作系统存在硬件兼容性问题。由于 Live OS 被设计为在利用计算机的不同备用设备方面具有相当大的灵活性，因此它们可能缺少某些设备的驱动程序，尤其是对不那么流行和最新的设备。这可能导致设备（包括打印机、显卡或 Wi-Fi 适配器）无法正常工作。

4. 软件限制

• 实时操作系统仅包含少量作为基本操作必需且足够的应用程序。这对于普通任务（包括基本的 Internet 使用或使用 Microsoft Office 套件等应用程序）可能足够了。然而，对于运行比这更苛刻软件的用户来说，这可能会造成问题。然而，许多 Live OS 提供用户在使用过程中安装额外软件，这可能不方便，有时对所有用户来说也不可能。

5. 用户和人员支持不足

• 许多实时操作系统，尤其是那些不太出名的，可能缺乏全面和充分的用户支持。大多数 Live OS 实际上是开源项目，因此大部分支持来自社区用户提问和提供答案。一些发行版，如 Ubuntu Live，拥有庞大的社区和全面的支持，而另一些则不支持类似。

6. 使用过程中的安全风险

• 实时操作系统可以在不写入主机系统数据的情况下提供更高的隐私和安全性，但同时，它们也可能面临安全问题。就可启动设备而言，如果可启动设备损坏，可能会发生这些恶意软件威胁。

7. 依赖外部介质

• 加载到 USB 设备或 CD 上的实时操作系统具有这种方法固有的某些限制。这是因为在许多情况下，Live OS 的运行取决于外部设备的 [速度] 和功能。因此，由于 USB 驱动器或 CD 的固有损坏或缓慢，可能会减慢操作系统的运行速度。

实时操作系统的高级功能

1. 持久性支持

• 持久性支持是实时操作系统最创新的特征之一，最近开发了有益的功能。它可以在多次使用中保存设置、文件和配置，这意味着它实际上可以将 Live OS 从临时 OS 变成更永久的 OS。这通常是通过特定的存储区域（如数据保留区域或存储分区）或通过允许在 USB 上写入数据的介质存储有效地完成的。

2. 全盘加密

• 高级实时操作系统，主要关注安全性，具有预定义的**全盘加密**。这是因为必须对外部介质（如 U 盘或 DVD 等）上的数据进行加密才能存储。全盘加密对于那些需要更高水平保护的用户来说最为重要，而不仅仅是保护数据免受读取，例如记者或活动家，他们不希望在设备丢失时被读取其数据。

3. 定制能力

• 高级实时操作系统使用户能够快速调整设置。这些系统可以根据个人需求进行定制，例如，在升级 GUI、提供系统所包含的软件包内容或更改系统参数方面。
• 一些 Live OS 允许用户创建他们选择的构建，而无需包含 Live OS 光盘上看到的所有内容。相反，他们选择仅集成与计数相关的或与特定任务相关的主要功能或软件应用程序。

4. 虚拟机集成

• 嵌入式虚拟化是特定实时操作系统中包含的功能之一，它使用户能够在 Live OS 中直接运行虚拟化环境。这对于测试和开发尤其方便。例如，用户可以运行不同 OS 或设置下的应用程序，而无需更改其功能环境。通过虚拟化，还可以运行与 Live OS 不兼容的应用程序，从而大大提高了计算的多功能性。

5. 自动化系统恢复工具

• 大多数最新的实时操作系统都配备了自动化系统恢复程序，使用户能够修复失败或有问题的操作系统。这些恢复工具可以快速诊断导致系统问题的根本原因，还可以用于修复文件系统甚至恢复丢失的数据。我们可以选择现有的 Live OS，如 Ubuntu Server、Tails 等，它们包含了用于修复启动或系统等许多问题的备份和恢复实用程序。

6. 网络启动（PXE 支持）

• 在某些实时操作系统中可以观察到的其他附加的、更复杂的选项是网络启动——简称为 PXE。这使得可以通过网络启动计算机，而不是通过硬盘或其他存储系统。这种支持在大规模网络中或对于需要稳定且统一的 OS 环境而不需要启动设备支持的用户来说非常有价值。

结论

实时操作系统是创新的、高度便携的计算方法，用户可以从可启动介质运行操作系统，而无需安装到计算设备的硬盘驱动器上。由于其便携性、安全性和灵活性，Live OS 为诊断、修复和匿名计算提供了支持。