第四章操作系统基础2016

1、第四章第四章 操作系统基础操作系统基础第第4 4章章 操作系统基础操作系统基础2/334.1 操作系统概述4.2 操作系统主要功能4.2.1 处理器管理4.2.2 存储管理4.2.3 作业管理4.2.4 设备管理4.2.5 文件管理4.3 微机操作系统实用技术4.4 常见操作系统4.4.1 典型桌面操作系统4.4.2 网络操作系统4.4.3 嵌入式操作系统几个概念解释现代计算机都要安装操作系统才能使用未安装操作系统的计算机叫裸机安装了操作系统的计算机叫虚拟机或扩展机4.1 操作系统概述4/334.1.1 操作系统的定义4.1.2 操作系统的发展4.1.3 操作系统的功能4.1.4 操作系统的分

2、类4.1.1 操作系统的定义操作系统(Operating System) 管理计算机系统资源并且方便用户使用计算机系统资源的一组基本程序，是计算机与用户的界面界面一般有两种方式：文本界面图形界面，GUI(Graphics User Interface)4.1.1 操作系统的定义操作系统与其他资源的关系用户软件系统软件与应用软件操作系统计算机硬件4.1 操作系统概述7/334.1.1 操作系统的定义4.1.2 操作系统的发展4.1.3 操作系统的功能4.1.4 操作系统的分类4.1.2 操作系统的发展8/33手工操作阶段批处理操作阶段多道程序设计分时系统现代操作系统4.1.2 操作系统的发展手工

3、阶段第一代电子计算机，作业、纸带/卡片手工操作资源独占手工用时比例不大4.1.2 操作系统的发展批处理操作阶段单道批处理和多道批处理单道程序运行：每次只调用一个用户作业并运行多道程序运行多道：计算机内存中同时存放几道独立的程序宏观上并行：同时进入系统的几道程序都在运行微观上串行：程序轮流使用CPU资源4.1.2 操作系统的发展批处理操作阶段n多道批处理特点：1）用户脱机使用计算机系统；2）作业成批处理；3）多道作业同时运行。4.1.2 操作系统的发展分时系统n分时系统将处理机(CPU)的运行时间分成时间片(Time Slice)多个任务轮流分配时间片由批处理发展到分时系统是一个飞跃4.1.2

4、操作系统的发展分时系统13/33分时系统的特点交互性交互性多用户、多任务同时性多用户、多任务同时性独立性独立性宏观上并行，微观上串行“我同时要煮饭、炒菜、洗衣服打扫卫生”淘米下锅淘米下锅煮饭中衣入洗衣机衣入洗衣机洗衣中猪蹄入锅猪蹄入锅 红烧中吸尘吸尘吸尘吸尘晾衣晾衣翻猪蹄翻猪蹄红烧中拖地拖地翻猪蹄翻猪蹄红烧中4.1.2 操作系统的发展 现代操作系统的特点具有较强的分布式处理能力和网络通信能力；具有更高的安全性和可靠性；更加符合开放性模型；具有更加友好的用户界面；出现了各种适合于不同具体应用环境的操作系统，如手机上的操作系统等。4.1 操作系统概述15/334.1.1 操作系统的定义4.1.2

5、操作系统的发展4.1.3 操作系统的功能4.1.4 操作系统的分类4.1.3 操作系统的功能操作系统：管理和控制计算机的系统资源并为用户提供交互界面一般来说：五大功能处理器管理Processor Management存储器管理 Memory Management文件管理 File Management作业管理 Job Management1.设备管理 Device Management4.1.3 操作系统的功能操作系统的组成文本界面GUI界面4.1 操作系统概述18/334.1.1 操作系统的定义4.1.2 操作系统的发展4.1.3 操作系统的功能4.1.4 操作系统的分类4.1.4 操作系统

6、的分类按作业处理方式进行分类批处理操作系统分时操作系统实时操作系统按同时使用操作系统的用户分类单用户操作系统多用户操作系统：一般是分时操作系统按应用领域分类专用操作系统、网络操作系统、微机(桌面)操作系统、嵌入式操作系统、分布式操作系统第4章 操作系统基础20/334.1 操作系统概述4.2 操作系统主要功能4.2.1 处理器管理4.2.2 存储管理4.2.3 作业管理4.2.4 设备管理4.2.5 文件管理4.3 微机操作系统实用技术4.4 常见操作系统4.4.1 典型桌面操作系统4.4.2 网络操作系统4.4.3 嵌入式操作系统操作系统管理功能的目标21/33资源受限的前提下有效利用资源例

7、：大学教室的使用课程性质教师学生时间处理器管理22/33多个任务需要分享CPU的处理，提高利用率操作系统管理处理器的方式批处理分时处理实时处理作业、程序与进程23/33作业：计算机要完成某项任务时所做的工作的集合程序：计算机完成某项任务时所采取的步骤，是一个静态文件进程：程序的执行过程，是一个开始执行但是还没有结束的程序的实例。处理器地分配和执行都是以进程为基本单位。进程的描述24/33n进程是一个程序对某个数据集的执行过程，是分配资源的单位。简单来说，进程就是执行中的程序。n从宏观上看，CPU可以同时并行处理多个进程；从微观上看，CPU串行处理每个进程。系统要为每个进程保留状态变化。n进程的

8、组成（静态描述）进程控制块PCB (Process Control Block)程序段数据结构集进程的描述25/33n进程的组成进程控制块PCB (Process Control Block)：用于存放进程的管理和控制信息，具有每个进程的唯一标识号；一般全部或部分常驻内存，以便于 CPU 随时调用。程序段：描述进程要完成的功能。数据结构集：是程序在执行时的工作区和操作对象。进程控制26/33目的：控制哪个进程占用CPU的计算资源，达到多个进程高效率的并发执行和资源共享。进程的控制大致有进程的创建，撤销，阻塞，唤醒。进程的状态：就绪执行等待等待某事件发生时间片耗尽调度等待的事件发生进程和线程27

9、/33线程：Thread轻量级进程：可以有多个线程，且至少有一个可执行的线程支持多线程的操作系统里，线程变成了系统调度和分派的基本单位。进程线程1线程2线程3进程切换PCB切换线程切换TCB切换代价高代价低进程与程序28/33第4章 操作系统基础29/334.1 操作系统概述4.2 操作系统原理概述4.2.1 处理器管理4.2.2 存储管理4.2.3 作业管理4.2.4 设备管理4.2.5 文件管理4.3 微机操作系统实用技术4.4 常见操作系统4.4.1 典型桌面操作系统4.4.2 网络操作系统4.4.3 嵌入式操作系统存储器管理（1）30/33n存储器管理通常指操作系统对主存储器进行分配和

10、保护管理，使多个用户、多个进程能够共享使用有限的主存资源，共享共享主存中的程序和数据。n存储器管理目的：多进程共享存储器中的程序和数据。n相关概念：物理地址物理地址：内存中每个存储单元对应的编号；又称为绝对地址绝对地址，一般从0开始编号，常用十六进制十六进制数表示。例如，256M内存的物理地址范围用十六进制表示为0000000000H 4000000000H.n相关概念：物理地址：内存中每个存储单元对应的编号.逻辑地址逻辑地址：用户进行程序设计时不知道程序在内存中的位置，编译器在编译程序时都以“0”为基址存放程序指令和数据。这些指令和数据的地址被称为逻辑地址，也称为相对地址相对地址。地址映射：

11、逻辑地址到物理地址的转换。存储器管理（1）31/3302100018000100040008000计算机主存进程1进程2存储器管理（2）32/33n存储管理方案单一连续分配：早期计算机系统的应用，一个用户的作业独占整个内存资源。分区分配：将内存中用户可以使用的地址空间划分为若干分区，每个分区可以容纳一个作业每个分区可以容纳一个作业：即用户作业占用一个连续区域，无法解决存储扩充问题；再分配时会产生内存碎片内存碎片。分页存储管理：以页面为单位分配内存，将内存分成若干个相同大小的页面，其大小可随意指定。用户作业可以占用多个不连续的页面，可以解决内存碎片问题可以解决内存碎片问题。请求分页存储管理：以分

12、页存储管理方案为基础；当需要某个页面时可以根据请求装入，可允许用户作业部分装入部分装入内存以缓解内存不足。分段式页面管理：将一个用户作业按其逻辑结构划分为若干划分为若干段段存入内存；当访问某一段不在内存时通过中断中断将该段装入。 存储器管理（2）33/33存储管理方案段页式存储管理：段页式存储管理：虚拟内存技术：在硬盘上开辟临时存储器来模拟主存储器，用来存放暂时不运行的程序和数据。主存储器计算机外存主存储器存储器分块方式存储器分块方式程序程序分块方式程序分块方式+ +第4章 操作系统基础34/334.1 操作系统概述4.2 操作系统主要功能4.2.1 处理器管理4.2.2 存储管理4.2.3

13、作业管理4.2.4 设备管理4.2.5 文件管理4.3 微机操作系统实用技术4.4 常见操作系统4.4.1 典型桌面操作系统4.4.2 网络操作系统4.4.3 嵌入式操作系统作业管理35/33作业管理 作业调度不同的操作系统，处理机对作业的调度策略是不同的多通道批处理系统（家务劳动）吸尘、拖地、洗衣、煮饭、红烧猪蹄淘米下锅淘米下锅煮饭中衣入洗衣机衣入洗衣机洗衣中猪蹄入锅猪蹄入锅红烧中吸尘吸尘吸尘吸尘晾衣晾衣翻猪蹄翻猪蹄红烧中拖地拖地翻猪蹄翻猪蹄红烧中作业管理作业：用户在一次计算过程中或一个事务处理中要求计算机系统所要完成工作的集合。一个作业由用户程序、数据以及作业说明书用户程序、数据以及作业说

14、明书三部分组成。作业与进程的关系：一个作业由多个进程组成，且至少有一个进程，反之不成立。第4章 操作系统基础37/334.1 操作系统概述4.2 操作系统主要功能4.2.1 处理器管理4.2.2 存储管理4.2.3 作业管理4.2.4 设备管理4.2.5 文件管理4.3 微机操作系统实用技术4.4 常见操作系统4.4.1 典型桌面操作系统4.4.2 网络操作系统4.4.3 嵌入式操作系统设备管理外部设备：计算机系统不包括CPU、内存的硬件资源设备管理的目的：屏蔽设备具体细节设备管理的两层结构物理设备设备驱动程序I/O控制系统逻辑设备表用户程序设备管理设备管理设备管理输入输出控制系统：逻辑设备与

15、物理设备的转换关系。逻辑设备表。设备驱动程序，控制设备控制器，完成具体输入输出操作。硬件与操作系统的接口。输入输出控制方式程序直接控制终端控制直接存取方式通道控制Windows设备管理第4章 操作系统基础41/334.1 操作系统概述4.2 操作系统主要功能4.2.1 处理器管理4.2.2 存储管理4.2.3 作业管理4.2.4 设备管理4.2.5 文件管理4.3 微机操作系统实用技术4.4 常见操作系统4.4.1 典型桌面操作系统4.4.2 网络操作系统4.4.3 嵌入式操作系统文件管理文件概念42/33文件：按一定格式组织的程序或者数据的集合，并有一个标识名称文件名： “主文件名.扩展名”

16、主文件名，一般由数字、字母或下划线组成。扩展名，一般说明文件的性质，该类文件英文说明的缩写表示Windows、DOS系统文件名不区分大小写；UNIX、LINUX系统文件名区分大小写Windows系统文件名不可使用的字符包括 / : “ * ? | 文件管理文件概念43/33文件名： “主文件名.扩展名”通配符 * 和 ？* 匹配0-n个字符? 匹配1个字符*.*所有文件A*.TXT主文件名为A开头、扩展名为TXT的所有文件ABA?.*主文件名为ABA打头、不超过四个字符的所有文件?A*.*代表主文件名第二个字符为A的所有文件（包括任何扩展名和无扩展名的文件）?.?主文件名和扩展文件名都不超过3

17、个字符的所有文件文件类型文件类型扩展名扩展名可执行文件可执行文件.EXE（可执行文件） EXEcutiveEXEcutive .COM（命令文件） COMmandCOMmand.BAT（批处理文件） BATch processBATch process文本文档文本文档.TXT（文本文件） TeXTTeXT.DOC（Word文档文件） DOCumentDOCument源程序文件源程序文件 .CPP（C Plus PlusC Plus Plus语言, C+） .ASM（汇编源程序）.java（JavaJava源程序）图片文件图片文件.BMP BitMaPBitMaP.PNG Portable Ne

18、twork GraphPortable Network Graph音频音频/ /视频文件视频文件.WAV（声音文件） WAVeWAVe .MP3（MP3声音文件） MPeg layer 3MPeg layer 3其他文件其他文件.SYS（系统文件） SYStemSYStem.BAK（备份文件） BAcKupBAcKup.TMP（临时文件） TeMPoraryTeMPorary44/33文件管理目录与路径45/33文件目录用于组织管理多个文件采用树形结构根目录与子目录树形目录的特点同名文件可存在于不同目录中DOS/WIN下，一个逻辑盘只有一个根目录，如 C:子目录命名一般不用扩展名. 与 .“.

19、”，是指本目录的目录信息；“.”，指上一级目录的信息，这两个目录项在当前目录建这两个目录项在当前目录建立时自动建立。立时自动建立。文件管理目录与路径文件的路径绝对路径与相对路径绝对路径是指从根目录根目录到指定文件（或目录）所经过的一组子目录名的集合。例如在DOS/win系统下，根目录表示为“”，则文件mydoc.txt的绝对路径可表示如下： c:tempTXTmydoc.txt相对路径是指从当前目录当前目录到指定文件（或目录）所经过的一组的子目录名的集合。例如在unix/Linux操作系统下，当前目录为/home/user2/dir1/，如果表示目录/home/user1下的water文件，则

20、用相对路径表示可为： ././user1/water文件管理文件系统文件系统是操作系统中与文件管理有关的软件和数据的集合，负责为用户建立、撤销、读写、修改和复制文件，以及按名存取及存取控制等操作。文件系统主要完成的工作：（1）管理文件存储空间（2）实现文件名和存储空间的映射（3）对文件和目录进行管理（4）完成文件的共享和提供安全保护功能（5）提供用户友好透明的接口文件管理文件系统48/33文件系统要建立文件与存储设备的关联硬盘在使用之前要建立文件系统格式化块1块2块3readme.txt文件管理磁盘分区49/33将磁盘划分为几个逻辑块每块各有其文件系统，每个盘符对应一个分区。磁盘分区主分区：可

21、以引导操作系统启动，至少有一个。扩展分区：最多只有一个。最多4个主分区，或3个主分区和一个扩展分区Windows文件与磁盘管理Windows文件与磁盘管理文件和文件夹的属性类型容量大小占用空间创建时间属性类型文件或文件夹的大小和占用空间，大小一般不相同最后一个物理块没有完全占用，占用空间稍大启用压缩存储，占用空间可能稍小于文件大小第4章 操作系统基础52/334.1 操作系统概述4.2 操作系统原理概述4.2.1 处理器管理4.2.2 存储管理4.2.3 作业管理4.2.4 设备管理4.2.5 文件管理4.3 微机操作系统实用技术4.4 常见操作系统4.4.1 典型桌面操作系统4.4.2 网络

22、操作系统4.4.3 嵌入式操作系统微机操作系统启动过程53/33开机执行BIOS程序自检BIOS程序读取硬盘MBR执行MBRMBR程序读取活动分区的分区引导记录执行分区引导记录分区引导记录程序执行操作系统引导代码主引导记录主引导记录M Master aster BootBoot RecoRecordrdWindows系统管理与优化系统优化注册表编辑器 regedit.exe存储系统中各种软、硬件的配置和状态信息磁盘碎片整理工具根键含义HKEY_CLASSES_ROOT操作系统及硬件相关的一组公共配置信息，与具体用户无关。HKEY_CURRENT_USER当前登录到计算机上的用户的配置文件。HK

23、EY_CLASSES_ROOT当前已在计算机上注册的所有com服务器组件和与应用程序相关联的所有文件扩展名。HKEY_USERS该根键下的信息包含了当前计算机上所有用户的配置文件。HKEY_CURRENT_CONFIG该根键下的信息包含了计算机当前的所有硬件配置信息。Windows系统管理与优化系统优化应用程序管理services.msc取消程序的自动启动功能 msconfig卸载不再使用的应用程序 运行程序自带的卸载程序使用操作系统自带的“添加/删除程序”功能关闭暂时不用的服务（服务管理 services.msc ）Windows系统管理与优化56/33常用管理工具任务管理器磁盘管理器设备管理器第4章 操作系统基础4.1 操作系统概述4.2 操作系统主要功能4.2.1 处理器管理4.2.2 存储管理4.2.3 作业管理4.2.4 设备管理4.2.5 文件管理4.3 微机操作系统实用技术4.4 常见