操作系统基本原理

1、山东大学计算机科学与技术学院基础技术教学部普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材第2章 操作系统操作系统基本原理大学计算机基础大学计算机基础高等学校计算机公共教学改革与实践山东大学山东大学第二章第二章 操作系统操作系统目目 录录2.1 2.1 操作系统基础知识操作系统基础知识 2.2 Windows XP2.2 Windows XP操作系统操作系统 2.3 2.3 基基 础础 知知 识识2.4 Windows2.4 Windows桌面桌面2.5 2.5 控控 制制 面面 板板2.6 2.6 文件和文件夹管理文件和文件夹管理2.7 2.7 语言选项与中文输入语言选项

2、与中文输入2.8 2.8 实用程序实用程序山东大学山东大学2.1 操作系统基础知识操作系统的概念操作系统的发展操作系统的基本功能 操作系统的分类 山东大学山东大学2.1.1 2.1.1 操作系统的概念操作系统的概念定义：操作系统是定义：操作系统是管理计算机的软硬件资源管理计算机的软硬件资源，并提供，并提供用户接口用户接口以方便用户使用计算机的软件系统（一组程序的集合）。以方便用户使用计算机的软件系统（一组程序的集合）。OS是计算机系统资源的管理者是计算机系统资源的管理者 在一个计算机系统中，通常都包含了各种各样的硬件和软件资在一个计算机系统中，通常都包含了各种各样的硬件和软件资源。归纳起来可将

3、资源分为四类：处理器（处理机）、存储器、源。归纳起来可将资源分为四类：处理器（处理机）、存储器、IO设备（外部设备）以及信息（数据和程序）。设备（外部设备）以及信息（数据和程序）。OS是用户与计算机系统之间的接口是用户与计算机系统之间的接口 OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算来使用计算机系统。或者说，用户在机系统。或者说，用户在OS的帮助下能够方便、快捷、安全、的帮助下能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。山东大学山东大学2.1.2 操作系统的发展操作系统的发展无操作系统时期

4、无操作系统时期第一代操作系统：批处理操作系统第一代操作系统：批处理操作系统第二代操作系统：分时操作系统第二代操作系统：分时操作系统第三代操作系统：通用操作系统，如第三代操作系统：通用操作系统，如Unix，Windows等等 当今流行的操作系统：当今流行的操作系统：Windows XP，Linux等等山东大学山东大学1 1操作系统是用户和计算机之间的接口操作系统是用户和计算机之间的接口 2 2进程（处理机）管理进程（处理机）管理3 3存储（主存）管理存储（主存）管理 4 4文件（辅存）管理文件（辅存）管理 5 5设备管理设备管理 2.1.3 2.1.3 操作系统的基本功能操作系统的基本功能山东大

5、学山东大学1 1用户接口用户接口用户通过用户通过OS使用计算机，因此，所有的操作系统都具有用使用计算机，因此，所有的操作系统都具有用户接口的功能。户接口的功能。用户接口的分类：分为交互式接口和程序接口两大类。用户接口的分类：分为交互式接口和程序接口两大类。交互式接口：允许用户通过键盘终端使用操作系统。又分为：交互式接口：允许用户通过键盘终端使用操作系统。又分为：命令行接口（命令行接口（Command Line Interface，CLI） 命令行接口（如Dos）简单，在一些情况下效率较高；图形用户接口（图形用户接口（Graphics User Interface, GUI） 图形用户接口（如W

6、indows）特点是直观形象，但对硬件资源的要求较高，在网络环境下数据流量大，占用较大的带宽。 程序接口：以系统调用的形式呈现，提供给用户在编程时调程序接口：以系统调用的形式呈现，提供给用户在编程时调用操作系统的功能。用操作系统的功能。山东大学山东大学 在操作系统的系统状态下，用户可以输入操作系统命令或者运行用户在操作系统的系统状态下，用户可以输入操作系统命令或者运行用户程序，他们都要占用计算机的程序，他们都要占用计算机的CPUCPU资源。如何为程序分配资源。如何为程序分配CPUCPU资源，这些都是资源，这些都是由操作系统实现的。由操作系统实现的。 为了解释操作系统的为了解释操作系统的CPUC

7、PU管理功能，我们首先解释程序和进程的概念，管理功能，我们首先解释程序和进程的概念，以及他们的关系。以及他们的关系。程序是程序是存放在某种介质上的存放在某种介质上的一组有序指令的集合一组有序指令的集合。程序是。程序是个静态实体，本身并无运动的含义。在系统状态下可以运行一个可执行的程个静态实体，本身并无运动的含义。在系统状态下可以运行一个可执行的程序，此时程序被操作系统调入到计算机的内存中。而序，此时程序被操作系统调入到计算机的内存中。而进程是可并发执行的程进程是可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程序在一个数据集合上的运行过程。 进程具有五个方面的特征：进程具有五个方面的特征： 2 2进程

8、管理进程管理山东大学山东大学 进程既然是进程实体的执行过程，因此，动态性是进程最基本的特性。进程既然是进程实体的执行过程，因此，动态性是进程最基本的特性。动态性还表现为：动态性还表现为：“它由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停它由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，以及由撤消而消亡执行，以及由撤消而消亡”。可见，进程有一定的生命期。而程序只是一组。可见，进程有一定的生命期。而程序只是一组有序指令的集合，并存放在某种介质上，本身并无运动的含义，因此，程序有序指令的集合，并存放在某种介质上，本身并无运动的含义，因此，程序是个静态实体。是个静态实体。 这是指这是指多个进程实体

9、，同存于内存中，能在一段时间内同时运行多个进程实体，同存于内存中，能在一段时间内同时运行。并发性。并发性是进程的重要特征，同时也成为是进程的重要特征，同时也成为OSOS的重要特征。引入进程的目的也正是为了使的重要特征。引入进程的目的也正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行。其程序能和其它进程的程序并发执行。 1 1）动态性）动态性2 2）并发性）并发性进程的五大特征进程的五大特征山东大学山东大学 这是指这是指进程实体是一个能独立运行的基本单位进程实体是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统中独立，同时也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。凡未建立进程的程序，不能作为一个独获得资源和独

10、立调度的基本单位。凡未建立进程的程序，不能作为一个独立的单位参加运行。立的单位参加运行。 这是指这是指进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进；或者说，进程；或者说，进程按异步方式运行。正是这一特征，将导致程序执行的按异步方式运行。正是这一特征，将导致程序执行的不可再现性不可再现性。因此，。因此，在在OS中必须采取某种措施来保证各程序之间能协调运行中必须采取某种措施来保证各程序之间能协调运行。 3 3）独立性）独立性4 4）异步性）异步性进程的五大特征进程的五大特征 从结构上看，从结构上看，进程实体是由程序段、数据段及进程控制块三部分组成进程实体是由程序

11、段、数据段及进程控制块三部分组成，有人把这三部分统称为有人把这三部分统称为“进程映像进程映像”。5 5）结构特征）结构特征山东大学山东大学 进程在运行中不断地改变其运行状态。通常，一个运进程在运行中不断地改变其运行状态。通常，一个运行进程必须具有以下五种基本状态，如图所示。行进程必须具有以下五种基本状态，如图所示。 时间片到 进程结束 进程被选中 进程创建 等待事件 运行 阻塞 就绪 结束 新建 事件到达 进程的状态 进程的五个状态进程的五个状态山东大学山东大学2 2进程管理进程管理( (续续) )1 1）新（）新（NewNew）状态）状态 这是一个进程刚刚建立，但还未将它送入就绪队列时的状态

12、这是一个进程刚刚建立，但还未将它送入就绪队列时的状态5 5）终止（）终止（TerminatedTerminated）状态）状态 当一个进程已经正常结束或异常结束，当一个进程已经正常结束或异常结束，OSOS已将它从就绪队列中移出，但尚未已将它从就绪队列中移出，但尚未将它撤消时的状态。将它撤消时的状态。山东大学山东大学4 4）阻塞（）阻塞（BlockBlock）状态）状态 进程因等待某事件（如请求进程因等待某事件（如请求I IO O、申请缓冲空间等）而暂停执行时的状态，亦、申请缓冲空间等）而暂停执行时的状态，亦即进程的执行受到阻塞，故称这种暂停状态为即进程的执行受到阻塞，故称这种暂停状态为“阻塞状

13、态阻塞状态”，有时也称为，有时也称为“等待等待”（WAITWAIT）状态或）状态或“睡眠睡眠”（SLEEPSLEEP）状态。通常将处于阻塞状态的进程排成一个队）状态。通常将处于阻塞状态的进程排成一个队列，称为阻塞队列。列，称为阻塞队列。2 2进程管理进程管理( (续续) )3 3）就绪（）就绪（ReadyReady）状态）状态 当进程已分配到除当进程已分配到除CPUCPU以外的所有必要的资源后，只要能再获得处理机，便可立以外的所有必要的资源后，只要能再获得处理机，便可立即执行。这时的进程状态称为就绪状态。在一个系统中，可以有多个进程同时处于即执行。这时的进程状态称为就绪状态。在一个系统中，可以

14、有多个进程同时处于就绪状态，通常把这些进程排成一个或多个队列，称这些队列为就绪队列；就绪状态，通常把这些进程排成一个或多个队列，称这些队列为就绪队列； 2 2）运执行状态（）运执行状态（RunningRunning） 指进程已获得处理机，其程序正在执行。在单处理机系统中，只能有一个进程处指进程已获得处理机，其程序正在执行。在单处理机系统中，只能有一个进程处于执行状态。在多处理机系统中，则可能多个进程处于执行状态。于执行状态。在多处理机系统中，则可能多个进程处于执行状态。 山东大学山东大学 内存是计算机系统的核心组成部分，它是进程工作的主要空间。如何对它们施内存是计算机系统的核心组成部分，它是进

15、程工作的主要空间。如何对它们施行有效的管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且还对系统性能有重大影响。行有效的管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且还对系统性能有重大影响。 在多道程序环境下，程序要运行必须为之创建进程，而创建进程的第一件事，在多道程序环境下，程序要运行必须为之创建进程，而创建进程的第一件事，就是要将程序和数据装入内存。就是要将程序和数据装入内存。 围绕着围绕着“进程如何使用内存进程如何使用内存”这一核心问题，这一核心问题，内存储器管理的主要任务和功能内存储器管理的主要任务和功能可以归纳为以下四个主要方面：可以归纳为以下四个主要方面：（1 1）地址重定位问题。）地址重定位问题

16、。研究各种地址变换机制，以及静态和动态重定位方法。研究各种地址变换机制，以及静态和动态重定位方法。（2 2）存储分配）存储分配/ /回收问题。回收问题。研究存储器的各种分配研究存储器的各种分配/ /回收算法。回收算法。（3 3）存储共享）存储共享/ /保护问题。保护问题。研究同时驻留内存的各类程序和数据的共享研究同时驻留内存的各类程序和数据的共享/ /保护保护。（4 4）存储扩充问题。）存储扩充问题。研究虚拟存储器的实现和各种存储调度问题。研究虚拟存储器的实现和各种存储调度问题。 3存储（主存）管理存储（主存）管理山东大学山东大学3 3存储（主存）管理存储（主存）管理 常用的存储管理主要包括：

17、常用的存储管理主要包括：分区分配存储管理分区分配存储管理页式存储管理页式存储管理请求式页式存储管理请求式页式存储管理分段存储管理分段存储管理1.段页式存储管理段页式存储管理 山东大学山东大学 文件系统负责管理在外存上的信息，并把对信息的存取、共文件系统负责管理在外存上的信息，并把对信息的存取、共享和保护等手段提供给操作系统和用户。这不仅方便了用户，保享和保护等手段提供给操作系统和用户。这不仅方便了用户，保证了文件的安全性，还可有效地提高系统资源的利用率。证了文件的安全性，还可有效地提高系统资源的利用率。 文件系统是文件系统是OSOS的重要组成部分。的重要组成部分。文件系统文件系统由由 大量的大

18、量的文件文件及其属性的说明，及其属性的说明， 对文件进行操纵和对文件进行操纵和管理的软件管理的软件， 以及向用户提供的使用文件的以及向用户提供的使用文件的接口接口等的集合。等的集合。 文件系统一般分为三个层次，其最低层是对象及其属性说明文件系统一般分为三个层次，其最低层是对象及其属性说明；中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合，最高层是文件系；中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合，最高层是文件系统提供给用户的接口。统提供给用户的接口。 4文件（辅存）管理文件（辅存）管理山东大学山东大学 为了便于管理和控制文件而将文件分为若干种类型。由于各系统对文件的管为了便于管理和控制文件而将文件分为若干种

19、类型。由于各系统对文件的管理方式不同，因而它们对文件的分类方法也有很大差异。下面是常用的几种文理方式不同，因而它们对文件的分类方法也有很大差异。下面是常用的几种文件的分类方法。件的分类方法。按用途分类可将文件分为：按用途分类可将文件分为： 系统文件、用户文件、库文件。系统文件、用户文件、库文件。按数据形式分类可将文件分为：按数据形式分类可将文件分为：源文件、目标文件、可执行文件。源文件、目标文件、可执行文件。按存取控制属性分类可将文件分为：按存取控制属性分类可将文件分为：只执行文件、只读文件、读写文件。只执行文件、只读文件、读写文件。 按文件的逻辑结构分类可将文件分为按文件的逻辑结构分类可将文

20、件分为：有结构文件、无结构文件。：有结构文件、无结构文件。按文件的物理结构分类可将文件分为按文件的物理结构分类可将文件分为：顺序文件、链接文件、索引文件。：顺序文件、链接文件、索引文件。 4文件（辅存）管理文件（辅存）管理山东大学山东大学 OSOS的设备管理系统是用于的设备管理系统是用于对外部设备输入、输出进行控制和管对外部设备输入、输出进行控制和管理的子系统理的子系统。由于。由于I IO O设备种类繁多，特性和操作方式相差甚大。设备种类繁多，特性和操作方式相差甚大。因此因此OSOS的设备管理除应当能使外设都能高效均衡的得到使用外，还的设备管理除应当能使外设都能高效均衡的得到使用外，还应应使设备管理软件独立于其物理特性，为用户使用外设提供一个统使设备管理软件独立于其物理特性，为用户使用外设提供一个统一方便的操作接口一方便的操作接口。 在多道程序环境下，系统中的设备不允许用户自行使用（独占在多道程序环境下，系统中的设备不允许用户自行使用（独占使用），而必须由系统分配。每当用户使用），而必须由系统分配。每当用户/ /进程向系统提出进程向系统提出I IO O请求请求时，设备分配程序便按照一定的策略，把其所需的设备分配给用户时，设备分配程序便按照一定的策略，把其所需的设备分配给用户（进程），或决定不分配。在有的系统中为了确保在（进程），或决定不分配。在有