第2章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)tw

第2章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)第2章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)

2.1操作系統(tǒng)概述

2.2CPU管理

2.3作業(yè)管理

2.4存儲(chǔ)管理

2.5設(shè)備管理

2.6文件管理2.1

操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展操作系統(tǒng)的常用類型操作系統(tǒng)的主要特征操作系統(tǒng)的功能現(xiàn)代主流操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介學(xué)習(xí)目標(biāo)了解：操作系統(tǒng)的基本概念、功能操作系統(tǒng)的種類，操作系統(tǒng)的文件管理功能，現(xiàn)代主流操作系統(tǒng)。要點(diǎn)：操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的基本功能文件管理2.1.1操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)(OperatingSystem，OS)是直接控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，方便用戶充分而有效地使用這些資源的程序集合。2.1.2

操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展

1手工操作——操作系統(tǒng)的史前時(shí)代

2

監(jiān)督程序（早期批處理）——操作系統(tǒng)的雛形

3

多道批處理——現(xiàn)代意義上操作系統(tǒng)的出現(xiàn)

4

分時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)——操作系統(tǒng)步入實(shí)用化

5現(xiàn)代操作系統(tǒng)的發(fā)展程序設(shè)計(jì)全部采用機(jī)器語(yǔ)言，沒(méi)有操作系統(tǒng).人們采用手工操作方式來(lái)控制計(jì)算機(jī)的基本功能.慢速的手工操作與快速的CPU之間出現(xiàn)矛盾，另一方面CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配.

1手工操作——操作系統(tǒng)的史前時(shí)代單道批處理又分為聯(lián)機(jī)批處理和脫機(jī)批處理兩種類型.聯(lián)機(jī)批處理：由CPU直接控制作業(yè)的輸入與輸出.脫機(jī)批處理：由“衛(wèi)星機(jī)”控制作業(yè)的輸入輸出，有效地減少了CPU等待慢速設(shè)備輸入輸出的時(shí)間.

2

監(jiān)督程序（早期批處理）——操作系統(tǒng)的雛形通道、中斷和緩沖技術(shù)的使用使得多道程序的并發(fā)執(zhí)行成為可能.優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)資源得到比較充分的利用。缺點(diǎn)：作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，用戶無(wú)法干預(yù)程序的執(zhí)行，沒(méi)有交互能力。

3

多道批處理——現(xiàn)代意義上操作系統(tǒng)的出現(xiàn)

在分時(shí)系統(tǒng)中，用戶通過(guò)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)交互作用來(lái)運(yùn)行自己的作業(yè)。多用戶分時(shí)系統(tǒng)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用最普遍的一類操作系統(tǒng)為了實(shí)時(shí)地對(duì)特定任務(wù)進(jìn)行可靠處理，人們又開(kāi)發(fā)出實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)具有專用性，不同的實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。

4

分時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)——操作系統(tǒng)步入實(shí)用化(1)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)(2)多線程(3)對(duì)稱多處理(SMP)

(4)分布式操作系統(tǒng)(5)面向?qū)ο?/p>

5

現(xiàn)代操作系統(tǒng)的發(fā)展

2.1.3

操作系統(tǒng)的常用類型

批處理操作系統(tǒng)

1

分時(shí)操作系統(tǒng)

2

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

3

單用戶操作系統(tǒng)

4

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

5

分布式操作系統(tǒng)

6

嵌入式操作系統(tǒng)

7單道批處理系統(tǒng)：一次只能有一個(gè)作業(yè)裝入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器運(yùn)行多道批處理系統(tǒng)：一次允許多個(gè)作業(yè)同時(shí)裝入主存儲(chǔ)器，使CPU輪流地執(zhí)行多個(gè)作業(yè)。

批處理操作系統(tǒng)

1優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)資源利用率高作業(yè)吞吐量大缺點(diǎn)：用戶無(wú)法干預(yù)作業(yè)運(yùn)行分時(shí)操作系統(tǒng)：多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)以時(shí)間片為單位輪流為用戶服務(wù)。

分時(shí)操作系統(tǒng)

2及時(shí)性獨(dú)占性

交互性特征同時(shí)性

分時(shí)操作系統(tǒng)和批處理多道操作系統(tǒng)有哪些差別？時(shí)間片：

操作系統(tǒng)將CPU的時(shí)間劃分成若干個(gè)片段,每個(gè)時(shí)間段稱為時(shí)間片。操作系統(tǒng)以時(shí)間片為單位,輪流為每個(gè)終端用戶服務(wù)。每次服務(wù)一個(gè)時(shí)間片分時(shí)操作系統(tǒng)工作方式:

一臺(tái)主機(jī)連接了若干個(gè)終端每個(gè)終端有一個(gè)用戶在使用交互式的向系統(tǒng)提出命令請(qǐng)求系統(tǒng)接受每個(gè)用戶的命令采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請(qǐng)求并通過(guò)交互方式在終端上向用戶顯示結(jié)果用戶根據(jù)上步結(jié)果發(fā)出下道命令分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)同時(shí)性同時(shí)有多個(gè)用戶使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)。宏觀上：是多個(gè)人同時(shí)使用一個(gè)CPU微觀上：多個(gè)人在不同時(shí)刻輪流使用CPU交互性用戶根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果進(jìn)一步提出新請(qǐng)求(用戶直接干預(yù)每一步)“獨(dú)占”性用戶感覺(jué)不到計(jì)算機(jī)為其他人服務(wù)(OS提供虛機(jī)器，各個(gè)用戶的虛機(jī)器互不干擾)及時(shí)性系統(tǒng)對(duì)用戶提出的請(qǐng)求及時(shí)響應(yīng)分時(shí)與多道批處理的差別第一個(gè)差別是在目標(biāo)上存在基本的不同，一個(gè)批處理多道操作系統(tǒng)的目標(biāo)是提高機(jī)器效率，而分時(shí)操作系統(tǒng)的目標(biāo)是針對(duì)用戶請(qǐng)求的快速響應(yīng)；第二個(gè)差別表現(xiàn)在提交給系統(tǒng)的作業(yè)性質(zhì)上，對(duì)于要求在幾分鐘內(nèi)能從終端上獲得結(jié)果的短小作業(yè)來(lái)說(shuō)，分時(shí)操作系統(tǒng)是最有效的，但對(duì)于需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完成的大型作業(yè)而言，批處理多道操作系統(tǒng)較為有效；第三個(gè)差別是對(duì)于充分使用系統(tǒng)資源而言，批處理多道操作系統(tǒng)是較好的，因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)接收經(jīng)過(guò)合理安排的各種不同負(fù)載的作業(yè)，而對(duì)于要求執(zhí)行相同功能的作業(yè)而言，分時(shí)操作系統(tǒng)是較好的，因?yàn)樵诓煌慕K端上同時(shí)使用同一個(gè)功能的例行子程序?qū)p少系統(tǒng)調(diào)用它的開(kāi)銷。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

3特征高可靠性高安全性

高響應(yīng)性分時(shí)操作系統(tǒng)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有哪些差別

？一個(gè)用戶獨(dú)占計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，系統(tǒng)所有的軟、硬件資源都為一個(gè)用戶服務(wù)，系統(tǒng)單獨(dú)地執(zhí)行該用戶提交的一個(gè)任務(wù)。

單用戶操作系統(tǒng)

4

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

5基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的，它負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)通信、資源共享和系統(tǒng)安全等工作。是在各種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上,按網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的軟件,包括網(wǎng)絡(luò)管理,通信,安全,資源共享和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。目標(biāo)：是相互通信及資源共享將大量的計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)被連接在一起，以獲得極高的運(yùn)算能力及廣泛的數(shù)據(jù)共享。這種系統(tǒng)稱作分布式系統(tǒng)。能使分布式系統(tǒng)中的若干臺(tái)計(jì)算機(jī)相互協(xié)作完成一個(gè)共同任務(wù)的系統(tǒng)軟件稱為分布式操作系統(tǒng)。

分布式操作系統(tǒng)

6特征共享性透明性

統(tǒng)一性自治性

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)有哪些差別

？網(wǎng)絡(luò)和分布式的區(qū)別分布具有各個(gè)計(jì)算機(jī)間相互通訊，無(wú)主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)有主從關(guān)系.分布式系統(tǒng)資源為所有用戶共享；而網(wǎng)絡(luò)有限制地共享(3)分布式系統(tǒng)中若干個(gè)計(jì)算機(jī)可相互協(xié)作共同完成一項(xiàng)任務(wù)

對(duì)整個(gè)智能芯片及其所控制的各種部件模塊等資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件稱為嵌入式操作系統(tǒng).嵌入式操作系統(tǒng)具有高可靠性、實(shí)時(shí)性、占有資源少、成本低等優(yōu)點(diǎn).

嵌入式操作系統(tǒng)

7嵌入式操作系統(tǒng)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過(guò)去主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國(guó)防系統(tǒng)領(lǐng)域。信息家電將會(huì)是未來(lái)的主流產(chǎn)業(yè)，它將成為今后技術(shù)發(fā)展的主流和未來(lái)發(fā)展的強(qiáng)有力的技術(shù)推動(dòng)，也是各嵌入式操作系統(tǒng)競(jìng)相爭(zhēng)奪的重要市場(chǎng)國(guó)際上用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)有40種左右。開(kāi)放源代碼的Linux很適于做信息家電的開(kāi)發(fā).2.1.4

操作系統(tǒng)的主要特征是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件或活動(dòng)在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生，交替進(jìn)行。

是指系統(tǒng)中的資源可以被多個(gè)用戶共同使用。并發(fā)性共享性

2.1.5

操作系統(tǒng)的功能CPU管理

存儲(chǔ)管理

設(shè)備管理

文件管理

用戶接口

操作系統(tǒng)的功能把CPU合理有效地分配給各執(zhí)行程序使用。主要功能包括作業(yè)和進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程控制和進(jìn)程通信。主要管理計(jì)算機(jī)的內(nèi)存資源。主要功能包括：內(nèi)存分配、地址映射、內(nèi)存保護(hù)和內(nèi)存擴(kuò)充主要管理計(jì)算機(jī)的輸入輸出設(shè)備主要功能包括：緩沖區(qū)管理、設(shè)備分配、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和設(shè)備獨(dú)立性。主要管理系統(tǒng)中的信息資源。主要功能包括：文件存儲(chǔ)空間的管理、目錄管理、文件讀寫(xiě)管理、存取控制和文件系統(tǒng)的安全管理。命令接口程序接口圖形用戶接口新一代用戶接口2.1.6現(xiàn)代主流操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介Windows操作系統(tǒng)1UNIX操作系統(tǒng)2Linux操作系統(tǒng)3其他流行操作系統(tǒng)4Windows操作系統(tǒng)是當(dāng)前個(gè)人微型計(jì)算機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種操作系統(tǒng)。1985年5月誕生Windows的第一個(gè)版本W(wǎng)indows1.01995年8月24日誕生的Windows95操作系統(tǒng)，是真正的操作系統(tǒng)。2001年推出的WindowsXP是第一個(gè)既適合家庭用戶，又適合商業(yè)用戶使用的新型操作系統(tǒng)。Windows操作系統(tǒng)1Windows操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：易學(xué)易用的面向?qū)ο蟮膱D形用戶界面支持多任務(wù)多窗口即插即用功能支持多媒體技術(shù)內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)和通信功能UNIX系統(tǒng)正式發(fā)布于1974年，1975年發(fā)布的第6版中引入了多道程序技術(shù)，這時(shí)UNIX系統(tǒng)才成為真正的多用戶分時(shí)系統(tǒng)。UNIX操作系統(tǒng)2內(nèi)核裸機(jī)shell用戶或應(yīng)用程序UNIX系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)UNIX操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：開(kāi)放性、可移植性多用戶、多任務(wù)的分時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)備獨(dú)立性強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)與通信功能內(nèi)核短小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，有利于操作系統(tǒng)的教學(xué)和實(shí)踐Linux是一套免費(fèi)使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，它主要用于基于Intelx86系列CPU的計(jì)算機(jī)上。Linux操作系統(tǒng)3Linux操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：免費(fèi)、源代碼開(kāi)放多平臺(tái)具有出色的穩(wěn)定性和速度性能功能完善，具有豐富的網(wǎng)絡(luò)功能硬件需求低MacOS操作系統(tǒng)

MacOS操作系統(tǒng)是美國(guó)Apple公司推出的操作系統(tǒng)，運(yùn)行在Macintosh計(jì)算機(jī)上。

Netware操作系統(tǒng)

Netware是Novell公司開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)NOS。其他流行操作系統(tǒng)42.6文件管理

文件的概念及文件分類文件系統(tǒng)的概念及其功能文件的結(jié)構(gòu)文件目錄管理2.6.1文件的概念及文件分類文件：是具有一定名稱的一組相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。每個(gè)文件都要用一個(gè)名字來(lái)標(biāo)識(shí)，稱為文件名。

文件的命名：文件名.擴(kuò)展名Windows系統(tǒng)中的文件名最多可包含256個(gè)字符?？梢允亲帜?、漢字、數(shù)字和部分符號(hào)。通配符：*？文件常用擴(kuò)展名及其說(shuō)明擴(kuò)展名說(shuō)明擴(kuò)展名說(shuō)明com可執(zhí)行的程序文件exe應(yīng)用程序sys系統(tǒng)文件Zip、rar壓縮文件htm靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)文件DocWord文檔bmp、jpg、gif圖像文件wav、mp3聲音文件bak備份文件rm、avi、wmv視頻文件按文件的性質(zhì)和用途按文件存放時(shí)間限制按文件的保護(hù)級(jí)別按文件的信息流向系統(tǒng)文件用戶文件庫(kù)文件臨時(shí)文件永久文件檔案文件只讀文件讀寫(xiě)文件執(zhí)行文件不保護(hù)文件輸入文件輸出文件輸入輸出文件文件的分類2.6.2文件系統(tǒng)的概念及其功能1.文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)存取和管理文件信息的部分稱為文件系統(tǒng)。2.文件系統(tǒng)的功能文件讀寫(xiě)管理文件目錄管理存儲(chǔ)空間管理文件保護(hù)與共享方便的用戶接口可靠性與一致性

例題2.5

FAT文件系統(tǒng):于1982年開(kāi)始應(yīng)用于MS-DOS系統(tǒng)中，用于管理磁盤(pán)文件。

FAT32文件系統(tǒng):通過(guò)對(duì)FAT文件系統(tǒng)的擴(kuò)展，解決了長(zhǎng)文件名問(wèn)題.

NTFS文件系統(tǒng):NTFS兼有FAT和FAT32文件系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn).簡(jiǎn)單了解Windows操作系統(tǒng)的幾種文件系統(tǒng)2.6.3文件的結(jié)構(gòu)有結(jié)構(gòu)的記錄式文件文件的邏輯結(jié)構(gòu)無(wú)結(jié)構(gòu)的流式文件由一組相關(guān)記錄組成，存取文件以記錄為單位來(lái)進(jìn)行。由一系列字符組成，字符或字節(jié)為基本信息單位從用戶的角度看文件1、有結(jié)構(gòu)的記錄式文件學(xué)號(hào)姓名性別計(jì)算機(jī)英語(yǔ)01王佳寧女886302李新烽男689103武曉娟女85872、無(wú)結(jié)構(gòu)的流式文件main(){inta,b,sum;scanf("%d%d",&a,&b);sum=a+b;printf("sum=%d",sum);}將一個(gè)邏輯上連續(xù)的文件信息依次存放在外存的連續(xù)物理塊中.主要優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，順序存取信息時(shí)速度較快.主要缺點(diǎn)是：不靈活，易產(chǎn)生磁盤(pán)碎片，不利于文件的動(dòng)態(tài)擴(kuò)充(文件插入和刪除).

(1)順序結(jié)構(gòu)文件的物理結(jié)構(gòu)從系統(tǒng)的角度看文件

文件E45

5678……用戶文件目錄文件名長(zhǎng)度起始?jí)K物理存儲(chǔ)設(shè)備順序結(jié)構(gòu)將一個(gè)邏輯文件的信息存放在外存的若干個(gè)物理塊中，通過(guò)物理塊中的指針指向該文件的下一個(gè)物理塊的位置.主要優(yōu)點(diǎn)是：解決碎片問(wèn)題，提高了外存空間的利用率；方便文件的動(dòng)態(tài)擴(kuò)充.主要缺點(diǎn)是：只能順序訪問(wèn)，查找效率較低

(2)鏈接結(jié)構(gòu)文件的物理結(jié)構(gòu)515

1522220

文件F35用戶文件目錄鏈接結(jié)構(gòu)物理存儲(chǔ)設(shè)備連接指針物理塊號(hào)文件名長(zhǎng)度起始?jí)K將一個(gè)邏輯文件的信息存放于外存的若干個(gè)不連續(xù)的物理塊中，通過(guò)索引表進(jìn)行文件存取.主要優(yōu)點(diǎn)是：可以進(jìn)行隨機(jī)訪問(wèn)，也易于進(jìn)行文件的增刪.主要缺點(diǎn)是：索引表增加了存儲(chǔ)空間的開(kāi)銷；降低了文件的存取速度.

(3)索引結(jié)構(gòu)文件的物理結(jié)構(gòu)邏輯塊號(hào)物理塊號(hào)0 391 121239用戶文件目錄物理存儲(chǔ)設(shè)備索引表索引結(jié)構(gòu)文件名索引表指針文件G252.6.4文件目錄管理文件目錄文件由文件說(shuō)明和文件體兩部分組成，文件說(shuō)明的集合稱為文件目錄。文件目錄功能：實(shí)現(xiàn)按名存取提高檢索速度允許文件同名允許文件共享文件說(shuō)明又稱為文件控制塊（FCB）文件控制塊是操作系統(tǒng)為管理文件而設(shè)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放了為管理文件所需的所有有關(guān)信息（文件屬性）文件控制塊是文件存在的標(biāo)志文件控制塊FCB的內(nèi)容：

文件名，文件號(hào)，用戶名，文件地址，文件長(zhǎng)度，文件類型，文件屬性，共享計(jì)數(shù)，文件的建立日期，保存期限，最后修改日期，最后訪問(wèn)日期，口令，文件邏輯結(jié)構(gòu)，文件物理結(jié)構(gòu)目錄結(jié)構(gòu)所有的文件在一個(gè)目錄下，組成一個(gè)線性表。根目錄File1File2File3單級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)：不允許文件重名,文件查找速度慢目錄結(jié)構(gòu)二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：由主文件目錄和用戶文件目錄組成。主文件目錄用戶文件目錄

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