第四章操作系统精选文档.ppt

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1、第四章操作系统本讲稿第一页，共五十八页概述（1/2）n计算机运行两种类型的软件：应用软件和系统软件，有关它们区别我们在第五章介绍。操作系统是最主要的一种系统软件，在本章将介绍操作系统的分类、操作系统的功能、各个操作系统之间异同点、以及如何正确理解操作系统。n当我们组装好了一台计算机，打开电源，它并不能运行，这样的机器人们通常称之为“裸机”。要使“裸机”成为我们可以使用的计算机，必须有一个系统资源的管理者，这就是操作系统。本讲稿第二页，共五十八页概述（2/2）n目前主要的计算机平台有两大类。v字符界面操作系统如磁盘操作系统DOS、OS/2、Unix，它们的特点是操作速度快，但需要记忆相关的操作命

2、令v图形界面类操作系统如Windows，以及Linux的XWindows系列，形象直观，操作简单，只需要使用鼠标即可操作。本讲稿第三页，共五十八页4.1操作系统概述（1/2）n在计算机中操作系统是系统软件的核心n操作系统的主要任务是管理和控制。n操作系统负责管理计算机的资源（如内存、硬盘、各种输入输出设备等），n提供友好的人机交互界面，允许一个应用程序与其他系统资源进行交互。操作系统是计算机硬件和用户（程序和人）的接口，它使得操作系统是计算机硬件和用户（程序和人）的接口，它使得其他程序更加方便有效地执行，并能方便地计算机硬件或软件资其他程序更加方便有效地执行，并能方便地计算机硬件或软件资源进行

3、存取。源进行存取。本讲稿第四页，共五十八页4.1操作系统概述（2/2）操作系统在计算机系统元素中的所处位置操作系统在计算机系统元素中的所处位置 本讲稿第五页，共五十八页4.2操作系统的发展历史4.2.1批处理系统（1/3）n批处理操作系统设计于20世纪50年代。n操作由专门的操作员来完成。每个执行的程序叫作业，想要执行作业的程序员通过穿孔卡片将程序和数据交给操作员，操作员根据要求启动必需的设备，载入特定的系统软件，并把运行结果交还给程序员。n在实际操作过程中，多个用户提交上来的作业中有些可能会使用相同或相似的资源，为了节省时间提高效率，操作员常常会根据需求把多个作业进行分批。本讲稿第六页，共五

4、十八页4.2.1批处理系统（2/3）本讲稿第七页，共五十八页4.2.1批处理系统（3/3）n由上图可以看到批处理系统中操作员是主角，掌握着何时执行哪个作业，如何分配作业，承担着现代计算机操作系统所作的工作。n批处理系统作为早期的系统现在已经不再使用，但是其概念被保留到现代的计算机操作系统中。现代操作系统中的批处理概念，是允许用户把一系列的OS命令定义为一个批文件，比如Windows中的.BAT文件，让命令自行执行而不需要和用户交互。本讲稿第八页，共五十八页4.2.2分时系统（1/3）n分时系统允许多个用户同时与一台计算机进行交互，让每个用户感觉自己在独享这台计算机，也就是说每个用户不必主动竞争

5、计算机的资源，而是通过操作系统来为每个用户自动分配资源。n早期计算机是台昂贵的设备，为了让多个用户一起来共享使用这台计算机，分时系统最初由一台主机和若干连接到主机的哑终端（只具有一个显示器和一个键盘的设备）构成。本讲稿第九页，共五十八页4.2.2分时系统（2/3）n分时系统的工作原理：v当用户运行程序时，将创建一个进程，主机的CPU时间由所有用户的所有进程共享，每个进程顺次得到一个CPU时间片。那么当CPU足够快时，用户发现自己的请求总是能够及时响应，就像单独操作一台计算机一样。n但在实际使用过程中，分时系统的用户有时会发现系统响应变慢，这是由活动用户数量和CPU的性能决定的。n在这个时期，用

6、户或计算机的关系改变了，两者之间不再需要操作员而是直接可以进行交互操作。本讲稿第十页，共五十八页4.2.2分时系统（3/3）本讲稿第十一页，共五十八页4.2.3个人和网络操作系统n 在个人计算机产生到大约十几年以前，PC机的性能远远落后于与今日机器，当时的许多操作系统要么适用于单一用户（如DOS，为在家中或公司工作的用户服务），要么适用于多个用户（如UNIX，为工作在大型计算机系统或网络的用户服务）。n 现在，这两类操作系统之间的差别越来越模糊，某些单机（又叫桌面）操作系统往往也能够适用于家庭网络等小型网络，如国内常见的Windows 2000专业版（Professional），Windows

7、 XP专业版和家庭版（Home Edition）。另外软件公司在制作操作系统的时候考虑到个人和网络用户的需求，其操作系统往往存在多个版本，即可以按单机版也可以按照网络版购买，如Windows系列、Unix、Linux、Mac OS本讲稿第十二页，共五十八页4.2.4并行操作系统（1/2）n一个CPU的性能总是有限的，当我们需要更快更有效的系统时，就要求同一个计算机中安装多个CPU，这就导致了并行操作系统的问世。n在并行操作系统中，每个CPU可以处理一个程序或一个程序的某个部分，这意味着多个任务可以真正意义上的并行处理，即同一个时刻可以处理两个以上的任务。n下图演示了在单CPU和双CPU下，并行

8、处理两个任务：接受邮件和打开并显示网页的不同情况。本讲稿第十三页，共五十八页4.2.4并行操作系统（2/2）本讲稿第十四页，共五十八页4.2.5分布式操作系统n网络化和交互网络化的发展，产生了一种新的操作系统分布式操作系统。n必须在一台计算机上运行的作业可以由网络中的多台计算机共同完成，即程序可以在一台计算机上运行一部分而另一部分由另外一台计算机完成，这些计算机不管它们的物理位置的距离有多远，只要它们能够通过网络连通就可以实现分布操作。本讲稿第十五页，共五十八页4.3现代操作系统的功能n存储管理、进程管理、设备管理、文件管理是所有操作系统的四大基本功能本讲稿第十六页，共五十八页4.3.1计算机

9、启动和设备自动配置n当用户的PC机第一次启动时，系统自检完成后，接下去就需要机器上安装的操作系统来帮助启动计算机。n在启动过程中，操作系统的某些特定部件被装入计算机内存，在启动操作结束和控制权转交用户之前，操作系统需要确定那些硬件设备需要连接和配置，然后联机。n系统对设备的控制通过一个名为“设备驱动程序”的程序来工作本讲稿第十七页，共五十八页4.3.2用户界面n用户界面：v用来接受用户的请求并由操作系统翻译成计算机能够认识的形式从而执行即做出响应；v另一方面，操作系统还需要把来自计算机的信息翻译成用户所能够理解的形式。n由于现在操作系统使用人群的变化，需要：操作系统的用户界面人性化，符合人类的

10、生活习惯。n用户界面分为两类：v字符界面v图形界面本讲稿第十八页，共五十八页4.3.3存储管理(MemoryManagement)n操作系统的存储管理实质是对存储“空间”的管理，主要指对内存（即主存储器）的管理。操作系统存储管理分为两大类：单道程序和多道程序。本讲稿第十九页，共五十八页4.3.3存储管理(MemoryManagement)一、单道程序（1/3）n典型代表：DOSn单道程序特点是：内存中只有两个程序操作系统和正在执行的应用程序，在这样机制下，除了操作系统外，一次只能处理一个程序。n单道程序中内存管理的工作步骤：v将程序装入内存v运行程序v结束再装入下一个程序本讲稿第二十页，共五十

11、八页单道程序的内存分配单道程序的内存分配 一、单道程序（2/3）本讲稿第二十一页，共五十八页一、单道程序（3/3）n单道程序的缺点：v应用程序一般不可能需要除了操作系统外剩余的所有内存空间，而其他程序又不能同时使用，降低了内存的使用率；另外如果一个程序需要的内存空间大于剩余内存空间，则程序无法运行。v程序运行过程中往往需要和输入/输出设备进行数据交换，但输入/输出设备的速度远远慢于CPU，在等待输入/输出设备处理数据的过程中CPU将空闲，而又不能同时为其他程序服务，降低了CPU的使用效率。本讲稿第二十二页，共五十八页4.3.3存储管理(MemoryManagement)二、多道程序（1/8）n

12、多道程序：允许同时在内存中装入多个程序并可同时执行这些程序。n在这种情况下存储管理就是要根据用户程序的要求为用户分配主存储区域。当多个程序共享有限的内存资源时，操作系统就按某种分配原则，为每个程序分配内存空间，使各用户的程序和数据彼此隔离，互不干扰及破坏；当某个用户程序工作结束时，要及时收回它所占的主存区域，以便再装入其它程序。n多道程序又发展出两种技术：分区调度和分页调度本讲稿第二十三页，共五十八页二、多道程序（二、多道程序（2/8）1 1、分区调度、分区调度n在分区调度模式中，内存被分为不定长的若干分区，要需要执行的程序被装入足够容量的分区，如下图所示：本讲稿第二十四页，共五十八页二、多道

13、程序（二、多道程序（3/8）nCPU可以在内存中的各个程序之间交替服务，当一个程序需要等待输入/输出设备或者此程序分配的时间到达，转入为下一个程序服务。n为了提高系统中某些重要程序的响应速度，程序的处理可以具有优先级，即优先处理优先级高的程序。本讲稿第二十五页，共五十八页二、多道程序（二、多道程序（4/8）n分区调度的缺点：v整个程序必须放入分区，因此分区大小要合适，小了无法载入整个程序，大了造成空间浪费。v随着程序装入卸载，内存中的非连续空白区可能会增多。v当非连续空白区过多时，内存管理器需要移动现有程序，以合并空白区，这个过程叫压缩，但这需要增加系统的负担。本讲稿第二十六页，共五十八页二、

14、多道程序（二、多道程序（5/8）2、分页调度分页调度n在分页调度的技术中，整个计算机的内存被分成大小相等的若干内存块，称为帧。进程（即执行中的程序）被划分为大小相等的部分，称为页n程序执行时，进程页将被装载到内存的空白帧中，（不要求连续分布）n操作系统为了掌握进程页的分布，它将为每个进程维护一个独立的页面映射表（PMT，Page Map Table），把每个映射页载入它所对应的内存中的帧本讲稿第二十七页，共五十八页二、多道程序（二、多道程序（6/8）分页调度中的页面映射分页调度中的页面映射 本讲稿第二十八页，共五十八页二、多道程序（二、多道程序（7/8）3 3、分页调度的扩展、分页调度的扩展请

15、求分页法请求分页法n请求分页的管理机制：只有当页面被引用即被请求时，才会被载入内存中。n请求分页的具体工作原理：vCPU处理是分步进行的，任何时刻CPU都只能访问进程的一个页面，此时进程其他页是否在内存中无关紧要。v当CPU需要处理一个页面时，首先查看它是否已载入内存，如果在内存中，直接执行；如果不在内存中，需要其他存储设备（通常是硬盘）把此页载入内存中的空白帧，然后再执行；v如果内存中无空白帧，把其他页面写入到其他存储设备再载入此页。本讲稿第二十九页，共五十八页二、多道程序（二、多道程序（8/8）n请求分页法带来了现代操作系统流行的“虚拟内虚拟内存存”的思想，即小的内存可以执行一个大的程序。

16、前面的不管分段调度还是分页调度，它们需要把整个进程放入内存才可以执行，因此进程的大小不可能大于内存的总容量，但请求分页法没有这个限制。本讲稿第三十页，共五十八页4.3.4 进程管理(Process Management)（1/3）n又称处理器管理，实质上是对处理器执行“时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务。n当多道程序并发运行时，引进进程进程的概念（进程是程序执行的动态过程）n通过进程管理，协调多道程序之间的CPU分配调度、冲突处理及资源回收等关系 本讲稿第三十一页，共五十八页4.3.4 进程管理（2/3）n在操作系统的管理下，进程从创建到结束一般会经历3个状态：就绪状态、执行

17、状态、等待状态进进程程的的生生命命周周期期 本讲稿第三十二页，共五十八页4.3.4 进程管理（3/3）n一个进程只经历一次创建状态和一次终止状态，而就绪状态、执行状态、等待状态这个三个状态，进程在可能需要多次进入。v就就绪绪状状态态：进程没有任何执行的障碍，只要获得CPU时间片即可立即执行。v执执行行状状态态：进程进入CPU执行，指令按照设计要求进行处理。如果执行状态中，进程需要对输入/输出设备进行操作，或者事件等待（如等待其他的进程发送消息才能继续），那么将进入等待状态。如果一个进程其分配的CPU时间耗尽将返回就绪状态。v等等待待状状态态：即进程处于等待除CPU以外的资源的状态中。等待的进程

18、取得了它所等待的资源或者信息时，将再次进入就绪状态。本讲稿第三十三页，共五十八页4.3.5 设备管理(Device Management)n操作系统的设备管理是对除CPU和内存外的所有输入/输出设备的管理。n操作系统对设备的管理主要体现在两个方面：v一方面它提供了用户和外设的接口。用户只需通过键盘命令或程序向操作系统提出申请，而操作系统中设备管理程序则实现外部设备的分配、启动、回收和故障处理。v另一方面，为了提高设备的效率和利用率，操作系统还采取了缓冲技术和虚拟设备技术，尽可能使外设与处理器并行工作，以解决快速CPU与慢速外设之间的矛盾。本讲稿第三十四页，共五十八页4.3.6 4.3.6 文件

19、管理文件管理 (File Management)(File Management)n文件管理是操作系统对计算机系统中软件资源的管理，通常由操作系统中的文件系统来完成这一功能。文件系统是由文件、管理文件的软件和相应的数据结构组成。n文件管理器的主要职能：l控制对文件的访问，解决文件的共享、保密和保护问题，并提供方便的用户界面，使用户能实现按名存取。l有效地支持文件的创建、删除、检索和修改等操作。l管理文件的存储，使得用户不必考虑文件如何保存以及存放在何处。本讲稿第三十五页，共五十八页4.4常用操作系统本讲稿第三十六页，共五十八页4.4.1PC操作系统早期霸主DOSn由于DOS系统并不需要十分强劲

20、的硬件系统来支持，所以从商业用户到家庭用户都能使用。nDOS操作系统有两者主要形式：PC-DOS和MS-DOS，它们最初都是由现今的软件巨头微软编制的，PC-DOS最初为IBM微机设计，而MS-DOS则用于IBM兼容机。n我们目前使用的Windows系列操作系统最初是从DOS发展起来本讲稿第三十七页，共五十八页4.4.2操作系统当代大亨Windows(1/6)n从微软1985年推出Windows1.0以来，Windows系统经历了十多年风风雨雨。从最初运行在DOS下的Windows3.x，到风靡全球的Windows9x、WindowsNT、Windows2000、WindowsXP、Windo

21、ws2003以及最新的Windowsvistan一、Windows3.xv还不是一个十分完整的操作系统，只能称为运行在DOS操作系统下的图形外壳。本讲稿第三十八页，共五十八页4.4.2操作系统当代大亨Windows(2/6)n二、Windows95和Windows98vWindows95和Windows98采用图形用户界面（即GUI），其界面比Windows3.x有很大的改进，并且本身是一个独立的操作系统，而不在是建立在DOS的图形外壳。v它们支持32位处理系统，允许多任务和长文件名。vWindows98比Windows95增加了IE浏览器集成（这个也让微软受到了其他公司的垄断诉讼）、改进了对

22、大容量硬盘的支持、对DVD和USB的支持等等。本讲稿第三十九页，共五十八页4.4.2操作系统当代大亨Windows(3/6)n三、WindowsNT和Windows2000vWindowsNT是一个网络型操作系统，它在应用、管理、性能、内联网/互联网服务、通讯及网络集成服务等方面拥有多项其他操作系统无可比拟的优势vWindows2000是在WindowsNT内核基础上构建起来的，同时吸收了Windows9x的优点，因此，Windows2000更易于使用和管理，可靠性更强，执行更迅速，更稳定和更安全，网络功能更齐全，娱乐效果更佳。vWindowsNT和Windows2000与Windows9x相

23、比在操作系统内核设计上更加优秀，除了提供强大的网络服务能力的之外，系统更加稳定，基本杜绝了9x系统常常出现的系统崩溃（即通常所称的系统蓝屏）现象。本讲稿第四十页，共五十八页4.4.2操作系统当代大亨Windows(4/6)n四、WindowsXPvWindowsXP发布于2001年，是目前PC上使用最广泛的Windows操作系统vNT的稳定和9x的友好操作vWindowsXP提供了一个全新的用户界面本讲稿第四十一页，共五十八页4.4.2操作系统当代大亨Windows(5/6)n五、Windows2003（全称WindowsServer2003）vWindows2003才是微软朝.NET战略进发

24、而迈出的真正的第一步v包括StandardEdition（标准版）、EnterpriseEdition（企业版）、DataCenterEdition（数据中心版）、WebEdition（网络版）四个版本vWindows2003大量继承了WindowsXP的友好操作性和Windows2000sever的网络特性，是一个同时适合个人用户和服务器使用的操作系统。本讲稿第四十二页，共五十八页4.4.2操作系统当代大亨Windows(6/6)n六、WindowsVistavWindowsVista第一次在操作系统中引入了“LifeImmersion”概念，即在系统中集成许多人性的因素，一切以人为本vWi

25、ndowsVista三大重要特点nConnectednClearnConfidence本讲稿第四十三页，共五十八页4.4.3Unixn优点：vUnix是一个面向多用户、多任务的操作系统，Unix是世界上用途最广的通用操作系统vUnix是可移植的操作系统，是通用的操作系统vUnix操作系统的可靠性和稳定性是其他系统所无法比拟的，是公认的最好的Internet服务器操作系统n缺点：v通常使用命令行的用户界面，对于初学者和非专业用户来说使用起来很困难，需要记忆的命令太多v计者赋予Unix可以使用于多种不同类型微处理器的特征，但是这个特征又使它的性能远远低于专门为某种微处理器量身定制的操作系统本讲稿第

26、四十四页，共五十八页4.4.4Linux（1/2）n一、一、Linux的诞生的诞生vLinux是一种为Intel架构的个人计算机和工作站设计的操作系统v是一个自由软件，是免费的，开放源代码的产品vLinux的存在为广大的计算机爱好者提供了学习、探索以及修改计算机操作系统内核的机会。n二、二、Linux的兴起的兴起n三、开源、自由的三、开源、自由的Linux本讲稿第四十五页，共五十八页4.4.4Linux（2/2）n四、四、Linux操作系统的发展操作系统的发展v占据了服务器领域近40%的市场 vLinux在桌面市场也行将获得突破。vLinux在嵌入式系统中也成为最受欢迎的操作系统之一 n五、五

27、、Linux的常见版本的常见版本vRed HatvDebianv红旗红旗Red FlagvUbuntu本讲稿第四十六页，共五十八页Red Flag的图形用户界面的图形用户界面 本讲稿第四十七页，共五十八页4.4.5MacOSnMacOS是一种在专门为Apple公司生产的计算机而设计的操作系统n1984年Apple公司发布的Macintosh操作系统确定了图形用户界面的标准，可以说它是图形界面操作系统的创始者。本讲稿第四十八页，共五十八页4.4.6面向移动设备的操作系统（1/2）n自PDA（掌上电脑）问世以来越来越多的移动通讯设备（比如智能手机、网络电话等其他类似设备）已融入到我们的生活当中，移

28、动版的WindowsCE和PalmOS就是专门为这些设备而设计的操作系统。n一、一、Windows CEvWindowsCE是微软开发的一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作本讲稿第四十九页，共五十八页4.4.6面向移动设备的操作系统（1/2）n二、二、Palm OSvPalmOS是一种32位的嵌入式操作系统vPalmOS是一套专门为掌上电脑开发的OSv由于WinCE授权比较广泛并且由于Windows在PC操作系统上垄断，CE操作又继承了Windows系列的便利性，WinCE占有量开始超越PalmOS本讲稿第五十页，共五十八页4.5DOS操作系统4.5.1D

29、OS操作系统的组成（1/）nDOS采用层次模块结构，由一个引导程序BOOT和三个程序模块组成。这三个程序模块是：输入输出系统IO.SYS，磁盘管理系统MSDOS.SYS和命令处理程序逻辑COMMAND.COMnIO.SYS和MSDOS.SYS是DOS系统的两个主要模块。它们是隐含的方式存储在DOS系统盘上的本讲稿第五十一页，共五十八页4.5.1DOS操作系统的组成（2/）n在COMMAND.COM模块中，包含了DOS中所有内部命令的处理程序。除此之外，还具有下列功能：v对用户输入的DOS内部命令进行解释并执行。v对错误中断和键盘进行处理v负责将用户的外部命令文件（程序）调入内存，然后把控制权交

30、给调入的程序。本讲稿第五十二页，共五十八页4.5.2DOS的文件系统和目录结构（1/3）n一、文件与文件名一、文件与文件名v文件名的命名规则文件名的命名规则n文件名由主名和扩展名两部分组成。主名给出文件的名称；扩展名一般用以指出文件的类别，因此也可以将扩展名叫做文件的属性名或后缀。n主名：由18个ASCII字符组成。n扩展名：由圆点“.”后的03个ASCII字符组成。扩展名可以没有，如无扩展名，则“.”可省略。n在主名和扩展名内允许出现的ASCII字符是：n26个英文字母：无大小写之分n10个数字n汉字n特殊符号如：$#&!()%-等n注意以下符号不能出现在文件名中：/:*?“|n注意在命名一

31、个文件的时候，不能使用下面第4点用到的设备文件名本讲稿第五十三页，共五十八页4.5.2DOS的文件系统和目录结构（2/3）v两个通配符两个通配符“？”和和“*”“?”代表该位置为任意一个字符，“*”代表从该位置起任意个（包括文件名或扩展名）的任何字符序列。v常用扩展名.COM系统命令文件.BAT批处理文件.EXE可执行程序文件.OBJ目标程序文件.SYS系统专用文件.BAK后备文件v设备文件设备文件CON：用作输入时表示键盘，用作输出时表示显示器。AUX或COM1：表示第一个串行接口（异步通讯接口）。COM2：表示第二个串行接口。LPT1或PRN：表示第一台并行打印机。LPT2或LPT3：表示

32、第二台或第三台并行打印机。NUL：表示虚拟设备，即实际上不存在的设备本讲稿第五十四页，共五十八页4.5.2DOS的文件系统和目录结构（3/3）n二、树形结构目录n三、路径和文件名v当前目录当前目录v路径路径：绝对路径和相对路径v驱动器号及文件标识符驱动器号及文件标识符本讲稿第五十五页，共五十八页4.5.3DOS操作系统的常用命令n略，见课本本讲稿第五十六页，共五十八页4.6WindowsXP操作系统n略，见上机实验讲稿本讲稿第五十七页，共五十八页4.7正确理解操作系统n错误1：只要安装了操作系统，计算机就可以处理任何问题n错误2：计算机上不能安装多个操作系统n错误3：刚刚安装好的操作系统是最安全的n错误4：PC机中除了Windows，就没有其他的操作系统本讲稿第五十八页，共五十八页