第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ).ppt

第4章操作系統(tǒng),4.1操作系統(tǒng)概述4.2操作系統(tǒng)的功能4.3典型操作系統(tǒng),手工操作階段（沒有操作系統(tǒng)的世界，第一代計(jì)算機(jī)）資源獨(dú)占、操作困難、人機(jī)矛盾嚴(yán)重管理程序階段（第二代計(jì)算機(jī)）計(jì)算機(jī)自我管理、半自動(dòng)化操作系統(tǒng)階段（第三代計(jì)算機(jī)以后）-自動(dòng)化管理,4.1操作系統(tǒng)概述,一、操作系統(tǒng)的形成,操作系統(tǒng)的概念：管理和控制計(jì)算機(jī)軟硬件資源的系統(tǒng)軟件。,直接運(yùn)行在“裸機(jī)”上的最基本的系統(tǒng)軟件，任何其他軟件都必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。,二、操作系統(tǒng)的概念與作用,操作系統(tǒng)是用戶和計(jì)算機(jī)的接口。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件和其它軟件的接口。,作用：,1、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各種資源,資源包括硬件和軟件資源，操作系統(tǒng)承擔(dān)系統(tǒng)資源管理的任務(wù)，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中的各類資源進(jìn)行合理調(diào)度和分配，以提高各類資源的利用率。,2、為用戶提供各種界面服務(wù),操作系統(tǒng)提供了各種形式的用戶界面，使用戶有一個(gè)好的工作環(huán)境。為其它軟件的開發(fā)提供必要的服務(wù)和相應(yīng)的接口。,三、操作系統(tǒng)的分類,按硬件平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類單機(jī)OS、多機(jī)OS按功能特征分類批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)、網(wǎng)絡(luò)、分布式操作系統(tǒng)按處理的任務(wù)數(shù)分類單任務(wù)、多任務(wù)操作系統(tǒng)按可同時(shí)使用OS的用戶數(shù)分類單用戶、多用戶操作系統(tǒng)按用戶界面分類字符界面、圖形界面,操作系統(tǒng)的分類體系,1.批處理系統(tǒng)2.分時(shí)處理系統(tǒng)3.實(shí)時(shí)系統(tǒng)4.個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)5.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)6.分布式操作系統(tǒng)7.嵌入式操作系統(tǒng),三、操作系統(tǒng)的分類,1.批處理系統(tǒng)（BatchProcessingSystem）,功能：操作人員將待處理的計(jì)算任務(wù)成批地裝入計(jì)算機(jī)，由操作系統(tǒng)將作業(yè)按規(guī)定的格式組織好存入磁盤的指定區(qū)域，然后按照某種調(diào)度策略選擇一個(gè)或幾個(gè)搭配得當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)調(diào)入內(nèi)存加以處理。,目的：提高系統(tǒng)資源利用率增大作業(yè)吞吐量實(shí)現(xiàn)作業(yè)流程的自動(dòng)化,特點(diǎn)：“批量處理”,2.分時(shí)處理系統(tǒng)（Time-sharingProcessingSystem）,功能：允許多個(gè)用戶同時(shí)聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)。操作系統(tǒng)接收每個(gè)用戶的命令，采用“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)”的方式處理用戶的服務(wù)請(qǐng)求，使每個(gè)用戶得以完成自己的任務(wù)。目的：多個(gè)用戶同時(shí)聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)。,特點(diǎn)：“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)”,時(shí)間片輪轉(zhuǎn),3.實(shí)時(shí)系統(tǒng)（RealTimeSystem）,功能：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件，并在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)完成對(duì)該事件的處理。應(yīng)用：實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng),特點(diǎn)：實(shí)時(shí)響應(yīng),4.個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（PC-OperatingSystem）,功能：此類系統(tǒng)采用有效的方法把相關(guān)文件組織成目錄和文件。文件的傳送、復(fù)制、刪除，重命名等操作都很方便。,特點(diǎn)：為個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝的操作系統(tǒng)是一種聯(lián)機(jī)交互的單用戶操作系統(tǒng)。,單用戶單任務(wù)單用戶多任務(wù),5.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NetworkOperatingSystem）,功能：在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上，按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充其功能，包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、資源共享、系統(tǒng)安全和多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)一般包括兩個(gè)部分：服務(wù)器部分客戶機(jī)部分,特點(diǎn)：管理網(wǎng)絡(luò)資源。,6.分布式操作系統(tǒng)（DistributedOperatingSystem）,功能：分布式操作系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之上，對(duì)用戶屏蔽了系統(tǒng)資源的分布而形成的一個(gè)邏輯整體系統(tǒng)。負(fù)責(zé)分布式系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸，控制協(xié)調(diào)等工作，并為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的操作界面，用以使用系統(tǒng)資源。,特點(diǎn)：用來(lái)管理分布式系統(tǒng)中的所有資源。,適用于分布式計(jì)算和處理。,7.嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOperatingSystem）,功能：嵌入式操作系統(tǒng)是一種運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中的操作系統(tǒng)，它對(duì)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)以及它所操作、控制的各種部件、裝置等資源進(jìn)行協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制。應(yīng)用：工業(yè)控制、軍事及民用設(shè)施。,特點(diǎn)：運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中。,4.2操作系統(tǒng)的功能,操作系統(tǒng)的主要功能是有效地管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，主要包括：,處理器管理,設(shè)備管理,作業(yè)管理,存儲(chǔ)管理,文件管理,其他功能：,網(wǎng)絡(luò)與通信安全機(jī)制與設(shè)施資源多媒體資源,一.處理器管理,實(shí)質(zhì)上是對(duì)處理器執(zhí)行“時(shí)間”的管理，即如何將CPU合理地分配給每個(gè)任務(wù)。處理器管理是操作系統(tǒng)中最重要的管理功能。,在多道程序環(huán)境下，處理器的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為基本單位的，因此對(duì)處理器的管理可以歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理。,一.處理器管理,為什么不以程序?yàn)榛締挝唬?CPU,CPU,單道程序系統(tǒng)中程序的執(zhí)行,多道程序系統(tǒng)中程序的執(zhí)行,單道程序系統(tǒng)與多道程序系統(tǒng),操作系統(tǒng)引入進(jìn)程的目的是為了描述和實(shí)現(xiàn)多道程序的并發(fā)執(zhí)行。,P1,I1,C1,作業(yè)1,t1,t2,t3,t4,t5,t6,作業(yè)1,作業(yè)2,作業(yè)3,順序執(zhí)行,并發(fā)執(zhí)行,宏觀上同時(shí)執(zhí)行,微觀上交替執(zhí)行,定義：進(jìn)程是程序的執(zhí)行活動(dòng)。進(jìn)程是可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程，可以申請(qǐng)和擁有系統(tǒng)資源。進(jìn)程是個(gè)可以獨(dú)立調(diào)度的基本單位進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，是活動(dòng)的，有產(chǎn)生、運(yùn)行、消亡的過程,1.進(jìn)程的概念,2.進(jìn)程的基本特征,動(dòng)態(tài)性最基本的特征,并發(fā)性最重要的特征,獨(dú)立性,異步性,計(jì)算機(jī)中進(jìn)程是什么樣子？程序區(qū)（代碼區(qū)）數(shù)據(jù)區(qū)：包含進(jìn)程執(zhí)行時(shí)所需要的數(shù)據(jù)集和工作區(qū)。進(jìn)程控制塊PCB：包括當(dāng)前的活動(dòng)狀態(tài),包括進(jìn)程的名字、進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài)、進(jìn)程優(yōu)先級(jí)、CPU狀態(tài)信息、程序地址和數(shù)據(jù)地址、資源信息、通信信息、鏈接指針等。,3.進(jìn)程的組成,進(jìn)程的執(zhí)行過程是間歇性的，所以進(jìn)程的狀態(tài)也是不斷變化的，一般來(lái)說(shuō)進(jìn)程有以下三個(gè)基本狀態(tài)：(1)就緒狀態(tài)(2)執(zhí)行狀態(tài)(3)等待狀態(tài),4.進(jìn)程的狀態(tài),進(jìn)程的基本狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,主要包括：進(jìn)程控制進(jìn)程同步進(jìn)程通信進(jìn)程調(diào)度,5.進(jìn)程管理,（1）進(jìn)程控制,進(jìn)程控制的基本功能是創(chuàng)建和撤消進(jìn)程以及控制進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。進(jìn)程狀態(tài)：就緒、運(yùn)行、等待,（2）進(jìn)程同步,進(jìn)程同步是指對(duì)系統(tǒng)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行協(xié)調(diào)。,（3）進(jìn)程通信,進(jìn)程間所進(jìn)行的信息交換。,（4）進(jìn)程調(diào)度,按照一定的算法從進(jìn)程就緒隊(duì)列中選出一個(gè)進(jìn)程，把處理器分配給它，為該進(jìn)程設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，并使之運(yùn)行。,6、線程,為了更好地實(shí)現(xiàn)并發(fā)處理和共享資源，提高CPU的利用率，目前許多操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行“細(xì)分”，一個(gè)進(jìn)程可再分為多個(gè)線程。目的：實(shí)現(xiàn)并發(fā)處理和共享資源，提高CPU的利用率UNIX：進(jìn)程是CPU的分配單位Windows：線程是CPU的分配單位,7.Windows的多任務(wù)處理,Windows系統(tǒng)采用“并發(fā)式多任務(wù)”方式支持多個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行。并發(fā)式多任務(wù)：宏觀上多任務(wù)同時(shí)執(zhí)行微觀上CPU輪流處理多個(gè)任務(wù),7.Windows的多任務(wù)處理,Windows任務(wù)欄：通常用戶啟動(dòng)一個(gè)應(yīng)用程序，就會(huì)在任務(wù)欄顯示相應(yīng)的任務(wù)按鈕。前臺(tái)任務(wù)：當(dāng)前接受用戶輸入的Window所對(duì)應(yīng)的任務(wù)后臺(tái)任務(wù):除前臺(tái)任務(wù)外的其他任務(wù),Windows的任務(wù)管理器：Ctrl+Alt+Del,系統(tǒng)中的任務(wù)和進(jìn)程運(yùn)行情況,在任務(wù)管理器中觀察各個(gè)進(jìn)程的線程數(shù),二、存儲(chǔ)管理,實(shí)質(zhì)上是對(duì)存儲(chǔ)空間的管理，主要是對(duì)內(nèi)存的管理。提高內(nèi)存的利用率和從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存。主要包括以下四個(gè)方面的功能：（1）內(nèi)存分配（2）內(nèi)存保護(hù)（3）地址映射（4）內(nèi)存擴(kuò)充,（1）內(nèi)存分配,為每道程序分配足夠完整運(yùn)行的內(nèi)存空間，而且要提高存儲(chǔ)器的利用率。,內(nèi)存分配機(jī)制應(yīng)具備以下功能：內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存分配功能內(nèi)存回收功能,（2）內(nèi)存保護(hù),保證各道程序都能在自己的內(nèi)存空間運(yùn)行而互不干擾，尤其防止用戶程序侵犯操作系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)。,（3）地址映射,地址映射可使用戶不必關(guān)心物理存儲(chǔ)空間的分配細(xì)節(jié)，從而為用戶編程提供方便。,將程序地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址。,inta;floatb;charc;,符號(hào)名空間,源程序,（4）內(nèi)存擴(kuò)充,利用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量，使系統(tǒng)能夠運(yùn)行對(duì)內(nèi)存需求量遠(yuǎn)比物理內(nèi)存大的多的作業(yè),虛擬存儲(chǔ)基本思想：,硬盤,利用硬盤上的一部分空間模擬內(nèi)存，為用戶提供一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存大得多的內(nèi)存空間。,（4）內(nèi)存擴(kuò)充,虛擬存儲(chǔ)器工作原理,磁盤中的虛擬內(nèi)存:硬盤中專門劃出一個(gè)“交換區(qū)”，作為物理內(nèi)存的補(bǔ)充，稱為“虛擬內(nèi)存”,虛擬內(nèi)存最大容量：與CPU的尋址能力有關(guān)。如32位地址線，虛擬內(nèi)存可達(dá)到4GB。,頁(yè)面文件：虛擬內(nèi)存在indows中稱為頁(yè)面文件。（pagefile.sys),虛擬內(nèi)存設(shè)置：我的電腦+屬性+高級(jí)+性能,設(shè)備管理解決什么問題？對(duì)系統(tǒng)中的各種輸入輸出設(shè)備進(jìn)行管理。處理用戶（或應(yīng)用程序）的輸入/輸出請(qǐng)求，方便、有效、安全地完成輸入/輸出操作。,三、設(shè)備管理,對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除了CPU和內(nèi)存以外的所有I/O設(shè)備的管理。,三、設(shè)備管理,設(shè)備管理主要包括以下四個(gè)方面的功能：,（1）緩沖管理,（2）設(shè)備分配,（3）設(shè)備處理,（4）虛擬設(shè)備,（1）緩沖管理,外圍設(shè)備和主機(jī)交換信息時(shí)，要用緩沖來(lái)解決速度不匹配的矛盾，因此有必要對(duì)各種類型的緩沖進(jìn)行管理。,CPU,內(nèi)存,系統(tǒng)總線,I/O控制器,外存儲(chǔ)器,輸出設(shè)備,輸入設(shè)備,I/O控制器,I/O控制器,主機(jī),外設(shè),緩沖,（2）設(shè)備分配,對(duì)用戶請(qǐng)求的設(shè)備按某種分配策略進(jìn)行分配；將未獲得所需設(shè)備的進(jìn)程放進(jìn)相應(yīng)設(shè)備的等待隊(duì)列；使用完的設(shè)備回收。,（3）設(shè)備處理,由設(shè)備處理程序完成，又稱設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，其基本任務(wù)是：實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信，由CPU向設(shè)備控制器發(fā)送I/O指令，啟動(dòng)指定的I/O設(shè)備；完成用戶規(guī)定的I/O操作；及時(shí)響應(yīng)設(shè)備發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)中斷類型進(jìn)行相應(yīng)處理。,（4）虛擬設(shè)備,與獨(dú)占設(shè)備相對(duì)使某設(shè)備成為被多個(gè)用戶共享的設(shè)備，使每個(gè)用戶都感覺到自己在獨(dú)占該設(shè)備，提高設(shè)備利用率。,Windows的設(shè)備管理器：我的電腦+屬性,四、文件管理,1.什么是文件(file)？,文件是存儲(chǔ)在外存儲(chǔ)器中的一組相關(guān)信息的集合，例如：一個(gè)程序一張數(shù)碼相片一首MP3歌曲一封電子郵件文件是外存中信息的存取(讀出/寫入)單位計(jì)算機(jī)中所有的程序和數(shù)據(jù)都組織成為文件存放在外存儲(chǔ)器中，并使用其名字進(jìn)行存取操作,文件名和文件類型,文件的名字由兩部分組成：(主文件名).擴(kuò)展名主文件名(簡(jiǎn)稱文件名)是文件的主要標(biāo)識(shí)，不可省略文件擴(kuò)展名(類型名)由“.”加34個(gè)英文字母組成,用于區(qū)分文件的類型:,2.文件的邏輯組織：目錄結(jié)構(gòu)根目錄、子目錄/文件夾文件、路徑,在樹狀目錄結(jié)構(gòu)中，從根目錄到任何文件之間只用一條通路，這個(gè)通道表明了文件的位置，稱之為該文件的路徑。,3.文件系統(tǒng)對(duì)文件進(jìn)行組織、管理、存取的一組系統(tǒng)程序；Windows常見的文件系統(tǒng)FATNTFS,4.文件管理的功能主要任務(wù)就是有效地支持文件的存儲(chǔ)、檢索和修改等操作，包括以下功能：文件目錄管理文件存儲(chǔ)空間管理文件共享與安全,（1）文件目錄管理,文件目錄是聯(lián)系用戶和外存中的文件之間的紐帶，用戶在使用文件時(shí)不必關(guān)心文件的存儲(chǔ)細(xì)節(jié)。實(shí)現(xiàn)按名存取。,（2）文件存儲(chǔ)空間管理,主要任務(wù)是如何組織和管理磁盤上的大量文件和空閑空間，如何快速檢索磁盤文件。磁盤碎片整理程序磁盤清理程序,（3）文件共享與安全,文件存取權(quán)限文件共享,5.Windows的文件管理文件和文件夾命名:文件名.擴(kuò)展名,-允許使用長(zhǎng)文件名，即文件名最多可包含255個(gè)中文或西文字符-文件名是由字母、數(shù)字和下劃線等組成，通常按照“見名知意”的原則.-英文字母的大、小寫只在形式上加以區(qū)分，實(shí)際上不予區(qū)別（例如：Text.DOC與text.doc是同一個(gè)文件）-文件名不能出現(xiàn)以下字符：/、:、*、?、|-擴(kuò)展名不要任意修改,Windows中常見的文件擴(kuò)展名及含義,（5）Windows的文件管理文件的組成：文件內(nèi)容+文件說(shuō)明信息文件屬性：系統(tǒng)、隱藏、存檔、只讀,（5）Windows的文件管理文件管理工具：資源管理器我的電腦,五、作業(yè)管理,為用戶使用系統(tǒng)提供一個(gè)良好環(huán)境，讓用戶有效地組織自己的工作流程使整個(gè)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行。,（1）命令接口,（2）系統(tǒng)調(diào)用接口（應(yīng)用程序編程接口）操作系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行程序提供服務(wù)的并與之通信的一種機(jī)構(gòu)，供編程使用。低級(jí)語(yǔ)言：直接使用高級(jí)語(yǔ)言：調(diào)用過程（函數(shù)）使用,（3）圖形用戶接口,操作系統(tǒng)作業(yè)管理為用戶提供了以下幾種接口：,4.3典型操作系統(tǒng)介紹,DOS操作系統(tǒng)WINDOWS操作系統(tǒng)UNIX操作系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng),DOS操作系統(tǒng)是磁盤操作系統(tǒng)DiskOperatingSystem的縮寫，它是一種單用戶單任務(wù)的微機(jī)操作系統(tǒng)，其操作界面為字符界面。特點(diǎn)：字符界面、單用戶單任務(wù)、受640KB常規(guī)內(nèi)存限制、硬件要求低。,4.3.1DOS操作系統(tǒng),DOS操作系統(tǒng)的產(chǎn)品：Microsoft公司的MS-DOSIBM公司的PC-DOS,DOS界面,（Windows下：開始+程序+附件+命令提示符）,Windows操作系統(tǒng)是一種在微型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的圖形界面、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。,由（美）微軟公司開發(fā)，最初作為DOS的圖形化擴(kuò)充而推出的。自1985年推出Windows1.0以來(lái)，版本不斷更新。,4.3.2Windows操作系統(tǒng),Windows的發(fā)展,Windows1.0Windows2.xWindows3.xWindows95Windows98WindowsMeWindows2000WindowsXPWindowsServer2003WindowsVistaWindows7,WindowsXP,WindowsXP,發(fā)布時(shí)間：2001年10月25日，特點(diǎn)：-既適合家庭用戶,也適合商業(yè)用戶-集成了其穩(wěn)定性、安全性、多媒體和網(wǎng)絡(luò)功能-豐富的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信功能。版本：專業(yè)版（WindowsXPProfessional）家庭版（WindowsXPEdition）媒體中心（MediaCenterEdition）平板電腦版（TabletPCEDition）,WindowsServer2003,WindowsServer2003,發(fā)布時(shí)間：2003年4月特點(diǎn)：對(duì)活動(dòng)目錄、組策略操作和管理、磁盤管理等面向服務(wù)器的功能做了較大該進(jìn)完善支持.net技術(shù)，擴(kuò)展了服務(wù)器的應(yīng)用范圍版本：WindowsServer2003Web2003服務(wù)器版本（WebEdition）-為網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器服務(wù)WindowsServer2003標(biāo)準(zhǔn)版（StandardEdition）WindowsServer2003企業(yè)版（EnterpriseEdition）WindowsServer2