《微机操作系统》PPT课件.ppt
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1、第七章第七章 Windows操作系统操作系统操作系统操作系统nWindow是当今世界上使用最广泛的操是当今世界上使用最广泛的操作系统,作系统,特别是对于个人用户。特别是对于个人用户。Window系统所支持的应用和软件最多,系统所支持的应用和软件最多,特别是在办公软件、各种应用软件和软特别是在办公软件、各种应用软件和软件开发环境方面。件开发环境方面。nWindow也是结构十分复杂而庞大的操也是结构十分复杂而庞大的操作系统,它融合了操作系统的最新理念、作系统,它融合了操作系统的最新理念、原理和技术。原理和技术。nWindow又是图形界面美观、使用最方又是图形界面美观、使用最方便的操作系统,便的操作
2、系统,这也是它能这也是它能“霸占霸占”个个人计算机市场的主要原因之一。人计算机市场的主要原因之一。内容概要内容概要nWindows操作系统的发展操作系统的发展nWindows 2000操作系统操作系统nWindows 2008操作系统操作系统nWindows 7 操作系统操作系统7.1 Windows操作系统的操作系统的主要主要发展发展历史历史DOSDOSDOSDOS操作系统操作系统操作系统操作系统WindowsWindowsWindowsWindows系统系统系统系统WindowsWindowsWindowsWindows 95 95 95 95WindowsWindowsWindowsWi
3、ndows NT NT NT NTWindowsWindowsWindowsWindows 98 98 98 98WindowsWindowsWindowsWindows 2000 2000 2000 2000WindowsWindowsWindowsWindows NT4 NT4 NT4 NT4WindowsWindowsWindowsWindows 200 200 200 2003 3 3 3WindowsWindowsWindowsWindows 200 200 200 2008 8 8 8Windows操作系统的发展操作系统的发展nDOS操作系统(操作系统(1982)n DOS曾是微机
4、平台上的主流操作系统曾是微机平台上的主流操作系统n DOS的主要缺陷的主要缺陷n 受寻址能力等限制无法充分发挥高档微机硬件受寻址能力等限制无法充分发挥高档微机硬件资源的性能资源的性能n 多任务处理能力的欠缺多任务处理能力的欠缺n 网络和安全功能不足网络和安全功能不足n 缺乏方便而统一的操作界面缺乏方便而统一的操作界面Windows操作系统的发展操作系统的发展nWindows系统系统n 最初的最初的Windows系统是系统是DOS的外围设备控的外围设备控制接口和图形扩展外壳程序,并不是严格的制接口和图形扩展外壳程序,并不是严格的操作系统(操作系统(1.0版版1985.11)n 经过逐步的改进,经
5、过逐步的改进,Windows 3.0(1990.5)已经成为一个多任务操作环)已经成为一个多任务操作环境,在微机性能利用、境,在微机性能利用、GUI、多任务处理和多任务处理和设备无关性等方面较设备无关性等方面较DOS有了突破有了突破Windows操作系统的发展操作系统的发展nWindows 95操作系统操作系统(1995.8)n 95是在是在Windows系统系统基础上发展起来的真基础上发展起来的真正的正的32位操作系统位操作系统n Windows 95的主要优点在于:的主要优点在于:n 易于使用:广泛采用易于使用:广泛采用PnP技术技术n 32位多任务系统,程序用完全抢占方式工作,位多任务系
6、统,程序用完全抢占方式工作,具有独立地址空间和多线程能力具有独立地址空间和多线程能力n 很好的网络功能很好的网络功能Windows操作系统的发展操作系统的发展nWindows 98操作系统操作系统(1998.6)n 98是在是在95的基础上改进而形成,在系统结的基础上改进而形成,在系统结构、功能和界面上没有根本变化构、功能和界面上没有根本变化n 98 的新特性包括:的新特性包括:n 可靠性与性能可靠性与性能n 多媒体支持多媒体支持n 文件系统文件系统n 网络功能网络功能n 小升级小升级Windows操作系统的发展操作系统的发展nWindows NT操作系统(操作系统(NT 3.1 1993)n
7、兼容兼容POSIX并满足美国政府的并满足美国政府的C2安全标准。安全标准。n整个整个Windows NT系统的设计包括一个运系统的设计包括一个运行于特权处理器模式下的执行模块,由执行行于特权处理器模式下的执行模块,由执行模块提供进入系统的惟一入口。模块提供进入系统的惟一入口。nNT 4.0 1996.8Windows操作系统的发展操作系统的发展nWindows 2000操作系统操作系统(NT 5.0)n2000在在98和和NT基础上开发,集基础上开发,集NT的安全的安全技术和技术和9X平台的易用性于一身并增加了不平台的易用性于一身并增加了不少新功能少新功能n 单用户多任务的操作系统单用户多任务
8、的操作系统n 2000的设计重点考虑了:的设计重点考虑了:n 降低总拥有成本降低总拥有成本n商务用快速开发的灵活环境商务用快速开发的灵活环境Windows操作系统的发展操作系统的发展nWindows xp操作系统操作系统nWindows XP采用统一的系统代码同时面向消采用统一的系统代码同时面向消费型和商业型操作系统的需求费型和商业型操作系统的需求nWindows核心代码文件保护、核心代码文件保护、Windows安装安装程序及增强的防病毒功能。程序及增强的防病毒功能。n增强的增强的Windows安全性:提供了安全性:提供了Internet连接连接的防火墙特性、带有多用户支持的加密文件系的防火墙
9、特性、带有多用户支持的加密文件系统(统(EFS)、)、IPSec、Keberos等。等。n简化的管理和部署;支持远程桌面简化的管理和部署;支持远程桌面 nWindows Server 2008nWindows Server 2008是专为了强化下一代网络、应用是专为了强化下一代网络、应用程序和程序和Web服务等功能而设计的服务器操作系统,可满足服务等功能而设计的服务器操作系统,可满足企业级的应用需求,为之提供稳固、易于部署和管理的基企业级的应用需求,为之提供稳固、易于部署和管理的基础架构支持,提高了对企业础架构支持,提高了对企业IT资源的管理效率。资源的管理效率。nWindows Server
10、 Hyper-V提供了全面的服务器虚拟化支提供了全面的服务器虚拟化支持,可在单一的服务器硬件上部署不同的操作系统,而持,可在单一的服务器硬件上部署不同的操作系统,而Windows Server 2008的集中化应用访问技术还可提供的集中化应用访问技术还可提供应用程序虚拟化特性。应用程序虚拟化特性。nWindows Server 2008整合了整合了IIS 7.0服务器,提供了一服务器,提供了一个安全且易于管理的个安全且易于管理的Web计算平台。此外,计算平台。此外,Windows Server 2008是史上最安全的是史上最安全的Windows服务器,进行了全服务器,进行了全方位的安全强化。方
11、位的安全强化。Windows操作系统的发展操作系统的发展nWindows 7 操作系统操作系统n微软在微软在Windows Vista尚未普及时已经开始了尚未普及时已经开始了下一代操作系统的研发工作,这个新产品曾被称下一代操作系统的研发工作,这个新产品曾被称为为“Windows 7”,意即,意即NT家族的第七代产品。家族的第七代产品。n更加以用户为中心,提供以用户为中心的服务。更加以用户为中心,提供以用户为中心的服务。nWindows 7的内核设计将会与的内核设计将会与Windows Vista完全不同,完全不同,Windows 7将会是一个更加精简、将会是一个更加精简、更加灵活、扩展性更好的
12、系统,比以往的更加灵活、扩展性更好的系统,比以往的Windows操作系统都要操作系统都要“苗条苗条”。Windows操作系统的发展操作系统的发展7.2 Windows 2000操作系统操作系统 客户机客户机/服务器模型服务器模型n 系统代码分用户模式和核心模式两部分(微内核)系统代码分用户模式和核心模式两部分(微内核)n 对象模型对象模型n 简化了系统的设计与实现(事件对象、资源对象以及简化了系统的设计与实现(事件对象、资源对象以及进程对象进程对象)n 对称多处理器(对称多处理器(SMP)模型)模型n 各处理器的地位平等,即操作系统和用户线程能被安各处理器的地位平等,即操作系统和用户线程能被安
13、排在任一处理器上运行,且所有处理器共享同一内存排在任一处理器上运行,且所有处理器共享同一内存空间。空间。7.2.1 Windows 2000体系结构体系结构服务器服务器服务器服务器用户模式用户模式用户模式用户模式内核模式内核模式内核模式内核模式应用程序应用程序应用程序应用程序内核内核内核内核内核内核硬件硬件硬件硬件内存内存服务器服务器服务器服务器文件文件服务器服务器服务器服务器安全安全服务器服务器服务器服务器7.2.2 存储系统存储系统页表和虚拟地址转换机制页表和虚拟地址转换机制 n缺省情况下,缺省情况下,32位的位的 2000/xp上每个用户进程可占有上每个用户进程可占有2(3)GB的私有地
14、址空间,操作系统占有剩余的的私有地址空间,操作系统占有剩余的2GB空间。空间。nWindows 2000/xp在在x86体系结构上利用二级页表来实体系结构上利用二级页表来实现虚拟地址到物理地址的转换。现虚拟地址到物理地址的转换。nWin32用户应用程序以用户应用程序以32位虚拟地址编址,这位虚拟地址编址,这32位地址被位地址被解释位页目录索引、页表索引和字节索引这三个独立分量。解释位页目录索引、页表索引和字节索引这三个独立分量。n每个进程都有一个独立的页目录,用于映射进程所有页表每个进程都有一个独立的页目录,用于映射进程所有页表的位置。的位置。CPU通过寄存器通过寄存器CR3存放页目录的地址。
15、页目录存放页目录的地址。页目录由页目录项(由页目录项(PDE)组成,)组成,X86系统共需系统共需1024张页表来描张页表来描述述4GB的虚拟地址空间。的虚拟地址空间。n每个进程有自己的页表集来映射私有地址空间,页表由页每个进程有自己的页表集来映射私有地址空间,页表由页表项(表项(PTE)数组构成。)数组构成。n页帧号(页帧号(PFN)KPROCESS页目录索引页目录索引页表索引页表索引字节索引字节索引PFNPFN页目录页目录页表页表物理地址空物理地址空间间索引索引CR3物理物理地址地址PTE索引索引索引索引待访待访问页问页(每进程建立一每进程建立一张张,有有1024项项)(每进程最多有每进程
16、最多有512个个,系统系统空间最多占用空间最多占用512个个,每张每张表表1024项项)待访待访问问字节字节图图7-5 虚拟地址转换机制虚拟地址转换机制nX86处理器采用了关联存储器数组形式的高速处理器采用了关联存储器数组形式的高速缓存,称为快表(缓存,称为快表(TLB),来保存最近用过的),来保存最近用过的虚拟页到物理页的映射。虚拟页到物理页的映射。nWindows 2000/xp的内存管理器采用请求式的内存管理器采用请求式页面调度算法将页面装入内存,页面调入操作页面调度算法将页面装入内存,页面调入操作将在线程访问一个地址并引起缺页中断时才会将在线程访问一个地址并引起缺页中断时才会被执行。被
17、执行。n内存管理器采用虚拟地址描述符(内存管理器采用虚拟地址描述符(VAD)来记)来记录已在进程地址空间中被保留的虚拟地址(即录已在进程地址空间中被保留的虚拟地址(即进程地址空间的状态)。进程地址空间的状态)。VAD按照自平衡二叉按照自平衡二叉树方式组织信息以提高查找效率。树方式组织信息以提高查找效率。内存管理内存管理7.2.3 进程、线程管理进程、线程管理 1进程进程nWindows的进程(的进程(process)是系统资源分配的基本单)是系统资源分配的基本单位。在位。在Windows中,进程是作为对象加以管理的,其属中,进程是作为对象加以管理的,其属性包括进程标识、资源访问令牌、进程基本优
18、先级和默认性包括进程标识、资源访问令牌、进程基本优先级和默认的亲和处理器集合(的亲和处理器集合(Processor Affinity)等,可通过其)等,可通过其句柄(句柄(handle)加以引用。)加以引用。nWindows 2000/xp中每个中每个Win32进程都由一个执行体进程都由一个执行体进程块(进程块(EPROCESS)表示,其主要内容包括:)表示,其主要内容包括:n线程块列表:描述属于该进程的所有线程的相关信息,用线程块列表:描述属于该进程的所有线程的相关信息,用于线程调度和资源回收。于线程调度和资源回收。n虚拟地址空间描述表(虚拟地址空间描述表(VAD):描述进程地址空间各部分)
19、:描述进程地址空间各部分的属性,用于虚拟存储管理。的属性,用于虚拟存储管理。n对象句柄列表:描述进程正在使用的对象句柄,用于访问对象句柄列表:描述进程正在使用的对象句柄,用于访问相关的对象资源。相关的对象资源。2线程线程n线程(线程(thread)是处理器调度的基本单位,同)是处理器调度的基本单位,同一进程内的各线程可访问整个进程的所有资源,一进程内的各线程可访问整个进程的所有资源,因此线程间的通信更为方便。因此线程间的通信更为方便。n在操作系统中引入线程,可减小并发执行的时在操作系统中引入线程,可减小并发执行的时间和空间开销,提高程序执行的并发性。间和空间开销,提高程序执行的并发性。nWin
20、dows 2000/xp的线程是内核线程,是系的线程是内核线程,是系统的处理器调度对象。线程上下文主要包括寄统的处理器调度对象。线程上下文主要包括寄存器、线程环境块、核心栈和用户栈。存器、线程环境块、核心栈和用户栈。Windows的线程状态包括:的线程状态包括:n就绪状态(就绪状态(ready):线程已获得除处理器外的线程已获得除处理器外的所需资源,正等待调度执行;所需资源,正等待调度执行;n备用状态(备用状态(standby):):已选择线程的执行处理已选择线程的执行处理器,正等待进入运行状态。每处理器上只能有一器,正等待进入运行状态。每处理器上只能有一个线程处于该状态。个线程处于该状态。n
21、运行状态(运行状态(running):):已完成描述表切换,线已完成描述表切换,线程进入运行状态,直至被抢先、时间片用完、线程进入运行状态,直至被抢先、时间片用完、线程终止或进入等待状态。程终止或进入等待状态。n等待状态(等待状态(waiting):):正等待某对象以同步线正等待某对象以同步线程的执行,待事件出现后,将根据优先级进入运程的执行,待事件出现后,将根据优先级进入运行或就绪状态。行或就绪状态。n转换状态(转换状态(transition):):与就绪状态相似,但与就绪状态相似,但线程的内核堆栈位于外存。线程的内核堆栈位于外存。n终止状态(终止状态(terminated):):线程执行完
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