大学计算机基础第四章计算机操作系统

1、计算机科学与工程系计算机科学与工程系大学计算机基础大学计算机基础（第四章）（第四章）计算机操作系统计算机操作系统华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院主讲教师朱梅阶主讲教师朱梅阶计算机科学与工程系计算机科学与工程系第四章第四章 计算机操作系统计算机操作系统 计算机发展到今天，从微机到小型、中型、大计算机发展到今天，从微机到小型、中型、大型机仍至巨型机，无一例外地都配置了一种或多种型机仍至巨型机，无一例外地都配置了一种或多种操作系统，操作系统已成为现代计算机系统不可分操作系统，操作系统已成为现代计算机系统不可分割的重要组成部分。割的重要组成部分。 本章主要讲述操作系统概念及构成；重点讲述本章主

2、要讲述操作系统概念及构成；重点讲述操作系统中的几个基本功能及相关概念。操作系统中的几个基本功能及相关概念。计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机科学与工程系操作系统：是管理计算机软硬件资源的程序，同时它又是操作系统：是管理计算机软硬件资源的程序，同时它又是用户与计算机硬件的接口。用户与计算机硬件的接口。没有操作系没有操作系统，应用软统，应用软件如同空中件如同空中楼阁，无法楼阁，无法运行。运行。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机的用户大致可以分两类：普通用户，程序员。计算机的用户大致可以分两类：普通用户，程序员。方便用户使用计算机方便用户使用计算机对于普通用户，只

3、需要掌对于普通用户，只需要掌握最简单的操作系统命令和操握最简单的操作系统命令和操作。对于程序员，他们在编写作。对于程序员，他们在编写程序时需要了解操作系统的程程序时需要了解操作系统的程序员级接口，通过它来使用系序员级接口，通过它来使用系统的资源。如向磁盘写一些数统的资源。如向磁盘写一些数据、要喇叭发出声音等。程序据、要喇叭发出声音等。程序员是通过操作系统了解这些硬员是通过操作系统了解这些硬件具体的使用方法。件具体的使用方法。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系一台计算机就是一组资源，一台计算机就是一组资源，这些资源用于对数据的传输、这些资源用于对数据的传输、存储和处理。而操作系统通过存储和处

4、理。而操作系统通过管理这些资源，把它们合理地管理这些资源，把它们合理地分配给需要的用户，来达到充分配给需要的用户，来达到充分利用系统资源、保证系统效分利用系统资源、保证系统效率，并尽量提高用户满意程度率，并尽量提高用户满意程度的目的。的目的。提高计算机系统效率提高计算机系统效率 操作系统是作用和地位比较特殊的软件，它是能使用户有效、方便操作系统是作用和地位比较特殊的软件，它是能使用户有效、方便地共享一套计算机系统资源的一种系统软件。方便用户使用计算机和提地共享一套计算机系统资源的一种系统软件。方便用户使用计算机和提高计算机系统效率是操作系统的两大任务。高计算机系统效率是操作系统的两大任务。计算

5、机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能操作系统操作系统 进程管理进程管理 内存管理内存管理 设备管理设备管理 管理文件管理文件用户接口用户接口就是对就是对CPU的的管理。管理。就是如何合就是如何合理分配和使理分配和使用内存。用内存。就是对文件就是对文件及文件夹进及文件夹进行管理。行管理。就是对外部各就是对外部各种输入输出设种输入输出设备进行管理。备进行管理。操作系统的功能可从资源管理和用户使用两个角度来看。操作系统的功能可从资源管理和用户使用两个角度来看。从资源管理的角度来看，操作系统具有进程管理、存储管理、从资源管理的角度来看，操作系统具有进程管理、存储管理

6、、设备管理和文件管理的功能；从用户使用的角度来看，操作设备管理和文件管理的功能；从用户使用的角度来看，操作系统对用户提供访问计算机资源的接口。系统对用户提供访问计算机资源的接口。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 在使用计算机的时候，人们会发现自己常常同时运行几个在使用计算机的时候，人们会发现自己常常同时运行几个程序，如在编辑一个文档的时候，会同时打开程序，如在编辑一个文档的时候，会同时打开Email进行邮件进行邮件的发送，打开音乐播放器听音乐。那么，此时的操作系统是的发送，打开音乐播放器听音乐。那么，此时的操作系统是如何为这如何为这3个软件分配分配个

7、软件分配分配CPU的运行时间？此外，计算机还的运行时间？此外，计算机还常常同时多次运行同一个程序，如使用常常同时多次运行同一个程序，如使用QQ与多个人进行对话，与多个人进行对话，或者多次打开记事本程序，那么此时的操作系统又是如何区或者多次打开记事本程序，那么此时的操作系统又是如何区分这个程序的每个运行过程呢？下面我们先介绍两个重要的分这个程序的每个运行过程呢？下面我们先介绍两个重要的概念：多道程序设计和进程。概念：多道程序设计和进程。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 单道程序设计技术是指在内存中一次只能允许一个程序单道程序设计技术是指在内存中一次只能

8、允许一个程序运行，在该程序运行结束前，其它程序不允许使用内存。这运行，在该程序运行结束前，其它程序不允许使用内存。这是早期的操作系统所使用的技术。是早期的操作系统所使用的技术。 多道程序设计技术是指在内存同时放若干道程序，使它多道程序设计技术是指在内存同时放若干道程序，使它们在系统中并发执行，共享系统中的各种资源。当一道程序们在系统中并发执行，共享系统中的各种资源。当一道程序暂停执行时，暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。在多道程序设立即转去执行另一道程序。在多道程序设计下，系统通过某种调度策略交替执行程序，它是现代操作计下，系统通过某种调度策略交替执行程序，它是现代操作系统的主要方案。

9、系统的主要方案。 多道程序系统：操作系统同时将多个作业保存在内存的作业池中，多道程序系统：操作系统同时将多个作业保存在内存的作业池中，多道程序设计通过组织作业使得多道程序设计通过组织作业使得CPU总有一个作业可执行，从而提高总有一个作业可执行，从而提高CPU的利用率。的利用率。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 什么是进程？它与程序有什么区别？什么是进程？它与程序有什么区别？ 程序：用户为完成某一个特定问题而编写的操作步骤。程序：用户为完成某一个特定问题而编写的操作步骤。 进程：是计算机中正在运行的程序的一个实例，也即程进程：是计算机中正在运行的程序的

10、一个实例，也即程序的一次执行过程。进程需要一定的资源来完成它的任务序的一次执行过程。进程需要一定的资源来完成它的任务(例例如如CPU时间、内存、文件和时间、内存、文件和I/O设备设备) 。 进程与程序的区别在于进程是动态的、有生命力的，而进程与程序的区别在于进程是动态的、有生命力的，而程序是静态的。一个程序加载到内存，系统就创建一个进程，程序是静态的。一个程序加载到内存，系统就创建一个进程，程序执行结束后，该进程也就消亡了。程序执行结束后，该进程也就消亡了。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 我们可以通过我们可以通过Windows系统的任务管理器进一步

11、了解和系统的任务管理器进一步了解和查看程序与进程的区别。连续两次打开查看程序与进程的区别。连续两次打开Word程序，打开一个程序，打开一个酷我音乐播放器程序、再打开一个画图程序。然后分别观察酷我音乐播放器程序、再打开一个画图程序。然后分别观察任务管理器的应用程序和进程列表。任务管理器的应用程序和进程列表。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 在计算机中，由于多个程序共享系统资源，就必然引发在计算机中，由于多个程序共享系统资源，就必然引发对对CPU的争夺。如何有效地利用的争夺。如何有效地利用CPU资源，如何在多个请求资源，如何在多个请求CPU的进程中选择取

12、舍，这就是进程管理要解决的问题。的进程中选择取舍，这就是进程管理要解决的问题。进程的调度进程的调度 在某一时刻，计算机的在某一时刻，计算机的CPU(单核单核)只能运行一个进程，如只能运行一个进程，如果存在多个进程，其它进程就需要等果存在多个进程，其它进程就需要等CPU空闲时才能被调度执空闲时才能被调度执行。当一个进程处于等待或行。当一个进程处于等待或CPU时间片用完时，操作系统就会时间片用完时，操作系统就会从该进程中拿走从该进程中拿走CPU控制权，然后再交给其它进程使用，这就控制权，然后再交给其它进程使用，这就是进程的调度。是进程的调度。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主

13、要功能操作系统主要功能 进程的状态及状态转移进程的状态及状态转移 进程是动态的，因程序的执行而被创建，并被调度执行，进程是动态的，因程序的执行而被创建，并被调度执行，直至最后消亡。期间，进程会处于不同的状态。直至最后消亡。期间，进程会处于不同的状态。 运行态运行态(running)：占有处理器正在运行。：占有处理器正在运行。 就绪态就绪态(ready)：进程得到了除处理器外的所有资源，具：进程得到了除处理器外的所有资源，具备运行条件，正在等待被分配处理器。备运行条件，正在等待被分配处理器。 等待态等待态(blocked)：不具备运行条件，正在等待某个事件：不具备运行条件，正在等待某个事件的出现

14、的出现(如如I/O完成或收到某个信号完成或收到某个信号)。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能进程状态及转换图进程状态及转换图进程等待分配进程等待分配CPU进程已分配到进程已分配到CPU，正在被执行。正在被执行。进程等待一些事件的出现进程等待一些事件的出现 如进程可能要使用某个如进程可能要使用某个I/O设备而进入等待状态，等设备而进入等待状态，等待使用相应的设备，当待使用相应的设备，当 I/O完成后进程进入就绪队列完成后进程进入就绪队列。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 进程的同步就是指相互协作的进程不断调整它

15、们之间进程的同步就是指相互协作的进程不断调整它们之间的相对速度，以实现共同有序地推进。的相对速度，以实现共同有序地推进。 换句话说，在操作系统中，允许多个进程并发运行。换句话说，在操作系统中，允许多个进程并发运行。然而，有些进程之间本身存在某种联系，它们在系统中需然而，有些进程之间本身存在某种联系，它们在系统中需要一种协作，以保证进程能正确有序地执行并维护数据的要一种协作，以保证进程能正确有序地执行并维护数据的一致性。一致性。 例如，有两个并发的进程例如，有两个并发的进程P1和和P2，其中，其中P1有语句有语句S1，而，而P2有语句有语句S2，要求只有在，要求只有在S1执行后才能执行执行后才能

16、执行S2。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 在操作系统中，可能存在着多个进程。而系统中一些资在操作系统中，可能存在着多个进程。而系统中一些资源一次只允许一个进程使用，这类资源被称为临界资源。在源一次只允许一个进程使用，这类资源被称为临界资源。在进程中访问临界资源的那段程序称为临界区。当一个进程进进程中访问临界资源的那段程序称为临界区。当一个进程进入临界区执行时，其它进程就不允许进入临界区执行，否则入临界区执行时，其它进程就不允许进入临界区执行，否则就会导致错误结果。例如：就会导致错误结果。例如： 多个进程在竞争使用打印机时表现为互斥。多个进程在竞争使

17、用打印机时表现为互斥。 一个文件可供多个进程共享，其中有一个进程在写操作一个文件可供多个进程共享，其中有一个进程在写操作时，其它进程则不允许同时写或读，表现为互斥。由此得出时，其它进程则不允许同时写或读，表现为互斥。由此得出: : 多个进程并发执行时，只允许一个进程进入临界区运行，多个进程并发执行时，只允许一个进程进入临界区运行，这就是进程的互斥。这就是进程的互斥。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系在多道程序设计中，多个进程可能竞争一定数量的资源。在多道程序设计中，多个进程可能竞争一定数量的资源。一个进程在申请资源时，如果所申请资源不足，该进程就必一个进程在申请资源时，如果所申请资源不足，

18、该进程就必须处于等待状态。如果所申请的资源被其它进程占有，那么须处于等待状态。如果所申请的资源被其它进程占有，那么进程的等待状态就可能无法改变，从而形成进程之间相互一进程的等待状态就可能无法改变，从而形成进程之间相互一直等待的局面，这就是死锁。直等待的局面，这就是死锁。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 死锁举例：死锁举例： 四方街区的车辆阻塞。每个四方街区的车辆阻塞。每个方向都希望其它方让出通道，但方向都希望其它方让出通道，但谁也不能够让出。谁也不能够让出。计算机科学与工程系计算机科学与工程系 引起死锁的四个必要条件：引起死锁的四个必要条件： 互斥：某一资源任一时刻只能有一个进程独占，

19、若另互斥：某一资源任一时刻只能有一个进程独占，若另一进程申请该资源则需延迟到该资源释放为止。一进程申请该资源则需延迟到该资源释放为止。 占有并等待：即该进程占有部分资源后还在等待其它资占有并等待：即该进程占有部分资源后还在等待其它资源，而该资源被其它进程占有。源，而该资源被其它进程占有。 非抢占：某进程已占用资源且不主动放弃它所占有的资非抢占：某进程已占用资源且不主动放弃它所占有的资源时，其它进程不能强占该资源，只有等其完成任务并释放源时，其它进程不能强占该资源，只有等其完成任务并释放资源。资源。 循环等待：在出现死锁的系统中，一定存在这样一个进循环等待：在出现死锁的系统中，一定存在这样一个进

20、程链，其中每个进程至少占有其它进程所必需的资源，从而程链，其中每个进程至少占有其它进程所必需的资源，从而形成一个等待链。形成一个等待链。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 死锁举例：死锁举例： 进程进程A：获得：获得CD-ROM使用权，申请打印机使用权，申请打印机 进程进程B：获得打印机使用权，申请：获得打印机使用权，申请CD-ROM 死锁：此时进程死锁：此时进程A、B均被阻塞，无法运行均被阻塞，无法运行4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 处理死锁处理死锁问题的三种方式问题的三种方式： 使用协议预防和避免死锁，

21、确保系统从不进入死锁状态。使用协议预防和避免死锁，确保系统从不进入死锁状态。 允许系统进入死锁状态，然后检测出死锁，并加以恢复。允许系统进入死锁状态，然后检测出死锁，并加以恢复。 可忽略进程死锁问题，并假装系统中死锁从来不会发生。可忽略进程死锁问题，并假装系统中死锁从来不会发生。即没有必要把精力花在小概率事件上。即没有必要把精力花在小概率事件上。处理死锁优先考虑的顺序：处理死锁优先考虑的顺序：先先预防预防和避免和避免再再检测检测和恢复和恢复4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 内存是现代操作系统的核心，是可被内存是现代操作系统的核心，是可被CPU和和I/

22、O设备所设备所共同访问的数据仓库。计算机的所有程序运行时都要调入共同访问的数据仓库。计算机的所有程序运行时都要调入内存。内存。 内存管理的主要工作是：为每个用户进程合理地分配内内存管理的主要工作是：为每个用户进程合理地分配内存，以保证各个进程之间在存储区不发生冲突；当内存不存，以保证各个进程之间在存储区不发生冲突；当内存不足时，如何把内存和外存结合起来，给用户提供一个比实足时，如何把内存和外存结合起来，给用户提供一个比实际内存大得多的虚拟内存，使得程序能顺利执行。际内存大得多的虚拟内存，使得程序能顺利执行。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系进程进程A操

23、作系统操作系统未用内存区未用内存区进程进程C未用内存区未用内存区 内存分配主要考虑如何提高有限存储空间的利用率问题。内存分配主要考虑如何提高有限存储空间的利用率问题。在多道程序操作系统中，为了将多个进程同时放入到内存中，在多道程序操作系统中，为了将多个进程同时放入到内存中，就必须考虑在内存中如何放置进程，也就是如何把内存有效就必须考虑在内存中如何放置进程，也就是如何把内存有效地分配给多个进程使用，即内存分配问题。地分配给多个进程使用，即内存分配问题。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 连续内存分配连续内存分配 开始时所有内存是一个大的空闲空间，随着开始时所有内存是一个大的空闲空间，随着内

24、存分配、回收的不断进行就会形成位置上不连内存分配、回收的不断进行就会形成位置上不连续的、大小不一的空闲空间。当有新进程需要内续的、大小不一的空闲空间。当有新进程需要内存时，就为该进程寻找一个能容纳它的空闲空间，存时，就为该进程寻找一个能容纳它的空闲空间，并划分出一块满足长度要求的连续空间给该进程，并划分出一块满足长度要求的连续空间给该进程，而多余的部分则保留下来待下次分配。需要注意而多余的部分则保留下来待下次分配。需要注意的是，分配给进程的内存空间是一块位置上连续的是，分配给进程的内存空间是一块位置上连续的、完整的内存区。的、完整的内存区。计算机科学与工程系计算机科学与工程系 分页管理基本思想

25、：分页管理基本思想： 内存物理地址空间划分为若干个大小相等的块内存物理地址空间划分为若干个大小相等的块(页框页框) 进程的逻辑地址空间也划分为同样大小的块进程的逻辑地址空间也划分为同样大小的块(页面页面) 内存分配时每个页面对应地分配一个页框，而一个进程内存分配时每个页面对应地分配一个页框，而一个进程所分得页框在位置上不必是连续的。所分得页框在位置上不必是连续的。页表：操作系统页表：操作系统为每个用户程序为每个用户程序建立一张页表，建立一张页表，该表记录用户程该表记录用户程序的每个逻辑页序的每个逻辑页面存放在哪一个面存放在哪一个内存物理页框。内存物理页框。7页页6页页5页页4页页3页页2页页1

26、页页0页页用户程序用户程序1191076425块号块号76543210页号页号页表页表11109876543210内存内存页面页面页框页框4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 程序员使用高级语言编程时，没有必要也无法知道程程序员使用高级语言编程时，没有必要也无法知道程序将被存放在内存中什么位置，因此一般用符号来代表地序将被存放在内存中什么位置，因此一般用符号来代表地址。编译程序将源程序编译成目标程序时将符号地址转换址。编译程序将源程序编译成目标程序时将符号地址转换为从为从0开始编址的逻辑地址，但逻辑地址也不是真正的内存开始编址的逻辑地址，但逻辑地址也不是

27、真正的内存地址。在程序进入内存时，由操作系统把程序中的逻辑地地址。在程序进入内存时，由操作系统把程序中的逻辑地址转换为真正的内存地址，这就是物理地址。这种把逻辑址转换为真正的内存地址，这就是物理地址。这种把逻辑地址转换为物理地址的过程称之为地址映射。地址转换为物理地址的过程称之为地址映射。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能内存物理地址空间内存物理地址空间符号名空间符号名空间int a;float b;char c;a的逻辑地址的逻辑地址b的逻辑地址的逻辑地址c的逻辑地址的逻辑地址a的物理地址的物理地址b的物理地址的物理地址c的物理地址的物理地址000002006汇编汇编编译编译链接链接装

28、配装配2FF02FF22FF6逻辑地址空间逻辑地址空间计算机科学与工程系计算机科学与工程系虚拟内存是一个容量很大的存储器的逻辑模型，它不是虚拟内存是一个容量很大的存储器的逻辑模型，它不是任何实际的物理存储器。虚拟内存包括物理内存和一部分外任何实际的物理存储器。虚拟内存包括物理内存和一部分外存存(这里所指的外存一般是指硬盘这里所指的外存一般是指硬盘)。 4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系虚拟内存：对于一个进程来讲，如果仅将当前要运行的虚拟内存：对于一个进程来讲，如果仅将当前要运行的几个页面装入内存便可以开始运行，而其余页面可暂时留在几个页面装入内存便可以

29、开始运行，而其余页面可暂时留在磁盘上，需要时再调入内存，并且调入时也不占用新的内存磁盘上，需要时再调入内存，并且调入时也不占用新的内存空间，而是对原来运行过的页面进行置换。这样，就可以在空间，而是对原来运行过的页面进行置换。这样，就可以在计算机有限的内存中同时驻留多个进程。从用户的角度看，计算机有限的内存中同时驻留多个进程。从用户的角度看，虽然插在主板上的内存条实际上只有很小的容量，但用户感虽然插在主板上的内存条实际上只有很小的容量，但用户感觉到程序的大小不受系统物理内存空间的限制，或者在进行觉到程序的大小不受系统物理内存空间的限制，或者在进行程序设计时不必考虑内存的大小，或者说感觉系统提供了

30、足程序设计时不必考虑内存的大小，或者说感觉系统提供了足够大的物理内存空间，这就是虚拟内存。够大的物理内存空间，这就是虚拟内存。 4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 在虚拟内存技术中，进程运行时并没有将所有页面装在虚拟内存技术中，进程运行时并没有将所有页面装入到内存，在运行过程中进程会不断地请求页面，如果访入到内存，在运行过程中进程会不断地请求页面，如果访问的页面已在内存，就继续执行下去；但如果要访问的页问的页面已在内存，就继续执行下去；但如果要访问的页面尚未调入内存，便请求操作系统将所缺页面调入内存，面尚未调入内存，便请求操作系统将所缺页面调入内存，以

31、便进程能继续运行，这个过程叫页面请求。以便进程能继续运行，这个过程叫页面请求。 如果请求页面调入内存时，分配给该进程的页框已用如果请求页面调入内存时，分配给该进程的页框已用完，就无法立即装入所请求页面。此时，必须将进程中的完，就无法立即装入所请求页面。此时，必须将进程中的某个页面从内存的页框调出到磁盘上，再从磁盘上将所请某个页面从内存的页框调出到磁盘上，再从磁盘上将所请求的页面调入到内存该页框中，这个过程叫页面置换。用求的页面调入到内存该页框中，这个过程叫页面置换。用于决定将进程在内存中的哪个页面置换出去的算法叫页面于决定将进程在内存中的哪个页面置换出去的算法叫页面置换算法。置换算法。4.3

32、操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 每台计算机都配备了许多外部设备，它们的性能和操作每台计算机都配备了许多外部设备，它们的性能和操作方式都不一样。操作系统对设备方式都不一样。操作系统对设备管理管理的主要目标是方便用户的主要目标是方便用户使用外部设备，提高使用外部设备，提高CPU和设备的利用率。和设备的利用率。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能4.3.3 设备管理设备管理设备驱动程序设备驱动程序 设备驱动程序与具体设备有关，用户安装好硬件后还要设备驱动程序与具体设备有关，用户安装好硬件后还要再安装驱动程序，计算机才能识别和使用该设备。每个外部再安装驱动程序

33、，计算机才能识别和使用该设备。每个外部设备都有相应的设备驱动程序，它也是硬件的身份识别标志，设备都有相应的设备驱动程序，它也是硬件的身份识别标志，负责完成设备具体的各种动作负责完成设备具体的各种动作(输入输入/输出操作输出操作)。 一旦为一旦为I/O设备安装了驱动程序，那么应用程序在使用设备安装了驱动程序，那么应用程序在使用I/O设备时，就不必关心设备的特性、设备时，就不必关心设备的特性、I/O控制方式，这样就控制方式，这样就实现了应用程序与设备的无关性。实现了应用程序与设备的无关性。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系虽然，外部设备的速度在不断提高，但它与虽然，外部设备的速度在不断提高，但

34、它与CPU的速的速度仍相差甚远。这样就出现了度仍相差甚远。这样就出现了CPU处理数据的速度与外设处理数据的速度与外设I/O速度不匹配现象。系统中各个部件的并行程度仍不能得速度不匹配现象。系统中各个部件的并行程度仍不能得到充分发挥。为到充分发挥。为I/O设备设置缓冲区，暂存数据，等到数据设备设置缓冲区，暂存数据，等到数据积累到一定数量时，再做批量处理。积累到一定数量时，再做批量处理。 引入缓冲的好处：引入缓冲的好处： (1) 缓和缓和CPU与与I/O设备间速度不匹配的矛盾；设备间速度不匹配的矛盾； (2) 减少对减少对CPU中断频率；中断频率； (3) 提高提高CPU与与I/O设备间的并行性。设

35、备间的并行性。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 上述三种管理是针对计算机硬件资源的管理。文件管理则上述三种管理是针对计算机硬件资源的管理。文件管理则是对系统的信息资源的管理。是对系统的信息资源的管理。 文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行有效管文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行有效管理，实现按名存取；实现文件的共享、保护和保密，保证文件理，实现按名存取；实现文件的共享、保护和保密，保证文件的安全性；并提供给用户一套能方便使用文件的操作和命令。的安全性；并提供给用户一套能方便使用文件的操作和命令。 (1) 文件的概念文件的概念4.3

36、操作系统主要功能操作系统主要功能 文件：保存在外存上的相关信息的集合。文件：保存在外存上的相关信息的集合。 文件命名：文件主名文件命名：文件主名+ +扩展名扩展名计算机科学与工程系计算机科学与工程系 文件的扩展名一般用来标明文件的类型。例如：文件的扩展名一般用来标明文件的类型。例如： .EXE 可执行文件可执行文件 .SYS 系统文件系统文件 .TXT 文本文件文本文件 .BAS Basic源程序源程序 .DOC Word文档文档 .BAK 备份文件备份文件 在在Windows系统中，我系统中，我们还可以通过图标的不同来们还可以通过图标的不同来区分文件的类型，但是显示区分文件的类型，但是显示文

37、档图标的依据仍然是文件文档图标的依据仍然是文件的扩展名，所以修改文件的的扩展名，所以修改文件的扩展名，会使系统无法识别扩展名，会使系统无法识别文件的类型。文件的类型。 常见的几种文件图标常见的几种文件图标 4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系只读：只允许授权用户进行读操作。只读：只允许授权用户进行读操作。 读写：只允许授权用户进行读和写的操作。读写：只允许授权用户进行读和写的操作。 文档：允许任何用户进行读写操作。文档：允许任何用户进行读写操作。 隐藏：不允许用户直接看到文件名。隐藏：不允许用户直接看到文件名。一个文件可以有不同的存取属性，例如：一个文件

38、可以有不同的存取属性，例如：4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 通常，一个磁盘至少应包含一个分区，每个分区用来保通常，一个磁盘至少应包含一个分区，每个分区用来保存文件和目录结构存文件和目录结构 。 一个磁盘上的文件成千上万，如果把所有的文件存放在根一个磁盘上的文件成千上万，如果把所有的文件存放在根目录下会有许多不便。为了有效地管理和使用文件，大多数文目录下会有许多不便。为了有效地管理和使用文件，大多数文件系统允许用户在根目录下建立子目录，在子目录下再建立子件系统允许用户在根目录下建立子目录，在子目录下再建立子目录，也就是将目录建构成树型结构，然后让用户

39、将文件分门目录，也就是将目录建构成树型结构，然后让用户将文件分门别类地存放在不同的目录中。树型目录结构是目前使用最为广别类地存放在不同的目录中。树型目录结构是目前使用最为广泛的一种目录结构。泛的一种目录结构。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 树型目录结构在逻辑上的构成是一棵树，子目录是树枝，树型目录结构在逻辑上的构成是一棵树，子目录是树枝，而文件是树叶。而文件是树叶。 Windows系统采用了文件夹树型结构。系统采用了文件夹树型结构。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能计算机科学与工程系计算机科学与工程系 (3) 常见的文件系统常见的文件系统 文

40、件系统是操作系统是在磁盘上组织文件的方法。也指文件系统是操作系统是在磁盘上组织文件的方法。也指用于存储文件的磁盘或分区，或文件系统种类。它负责为用用于存储文件的磁盘或分区，或文件系统种类。它负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件等。取，当用户不再使用时撤销文件等。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 文件系统使用文件分配表文件系统使用文件分配表(File Allocation Table, FAT)来记来记录文件所在位置，它对于硬盘的使用是非常重要的，假如操录文件所在位置，它对于硬盘的使用

41、是非常重要的，假如操作系统丢失文件分配表，那么硬盘上的数据就会因为无法定作系统丢失文件分配表，那么硬盘上的数据就会因为无法定位而不能使用。位而不能使用。FAT16、FAT32、NTFS是目前最常见的三种是目前最常见的三种文件系统。文件系统。计算机科学与工程系计算机科学与工程系 FAT16：FAT16文件系统最大可以管理大到文件系统最大可以管理大到2GB的分的分区，但每个分区最多只能有区，但每个分区最多只能有65525个簇。随着硬盘或分区容个簇。随着硬盘或分区容量的增大，每个簇所占的空间将越来越大，从而导致硬盘空量的增大，每个簇所占的空间将越来越大，从而导致硬盘空间的浪费。间的浪费。 FAT32

42、：FAT32采用了采用了32位的文件分配表，可以支持位的文件分配表，可以支持大到大到2TB的分区，方便了用户对磁盘的综合管理。另外的分区，方便了用户对磁盘的综合管理。另外FAT32分区每个簇的容量都比分区每个簇的容量都比FAT16小，从而使得到磁盘的小，从而使得到磁盘的利用率得到很大的提高。利用率得到很大的提高。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 NTFS：是从：是从Windows XP系统开始逐渐成为主流的文系统开始逐渐成为主流的文件系统。件系统。NTFS文件系统主要优点是比文件系统主要优点是比FAT32文件系统安全、文件系统安全、稳定，单个文件的大小突破了稳定，单个文件的大小突破了F

43、AT32的的4GB的限制。缺点是的限制。缺点是对对Flash 闪存材料存储器不一定适用。闪存材料存储器不一定适用。计算机科学与工程系计算机科学与工程系 为了使用户能灵活、方便地使用计算机和操作系统，操作为了使用户能灵活、方便地使用计算机和操作系统，操作系统还提供了友好的用户接口，这也是操作系统的另一个重要系统还提供了友好的用户接口，这也是操作系统的另一个重要功能。功能。4.3 操作系统主要功能操作系统主要功能 操作系统提供的两类接口操作系统提供的两类接口具体如下：具体如下： (1) 操作接口：提供给用户操作接口：提供给用户在键盘终端上使用，又可进一在键盘终端上使用，又可进一步分为两类：命令接口

44、和图形步分为两类：命令接口和图形用户接口。用户接口。 (2) 系统调用接口：也供操系统调用接口：也供操作系统的其它组成部分，特别作系统的其它组成部分，特别是命令处理程序使用。是命令处理程序使用。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.4 典型操作系统典型操作系统计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.4 典型操作系统典型操作系统 Unix是一个交互式、是一个交互式、分时多用户并支持网络分时多用户并支持网络的操作系统，是可以运的操作系统，是可以运行在从微机到巨型机在行在从微机到巨型机在内的各种机型上的通用内的各种机型上的通用操作系统。目前主要用操作系统。目前主要用于网络服务器、大中小于网络服务器

45、、大中小型机。型机。主流产品：主流产品：FreeBSD运行界面运行界面主流产品：主流产品：Solaris运行界面运行界面 1969年，贝尔年，贝尔电话实验室的电话实验室的专家开发了专家开发了-Unix操作系统。操作系统。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.4 典型操作系统典型操作系统 DOS DOS是微型计算机早期所使用的桌面操作系统。是单用是微型计算机早期所使用的桌面操作系统。是单用户、单任务和字符界面的操作系统，主要为户、单任务和字符界面的操作系统，主要为16位微型计算机位微型计算机而设计，属于淘汰产品。而设计，属于淘汰产品。 MS-DOS运行的界面运行的界面1981年，年，IBM发布

46、了发布了IBM 5150 PC，采用了，采用了Microsoft提供的提供的DOS（Disk Operating System）。）。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.4 典型操作系统典型操作系统 Windows是是Microsoft公司为个人计算机及其服务器开发公司为个人计算机及其服务器开发的操作系统。从的操作系统。从1985年发展至今，开发了众多的版本，对个年发展至今，开发了众多的版本，对个人计算机的普及及应用起到了重要的作用。人计算机的普及及应用起到了重要的作用。Windows95之前的发展历程之前的发展历程 Windows 1.0 1985 年 11 月 Windows 2.0

47、1987 年 10 月 Windows 3.0 1990 年 5 月 Windows 3.1 1992 年 Windows 3.11 1993 年 11 月 Windows 3.2 1994 年 计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.4 典型操作系统典型操作系统Windows95之后的发展历程之后的发展历程 Windows 95 1995 年 8 月 Windows NT4.0 1996 年 8 月 Windows 98 1998 年 6 月 Windows Me 2000 年 9 月 Windows 2000 2000 年 12 月 Windows XP 2001 年 10 月 Windo

48、ws 2003 2003 年 4 月 Windows Vista 2006 年 11 月 Windows 7 2009 年 10 月 Windows 8 2012年10月计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.4 典型操作系统典型操作系统 Windows操作系统被广泛使用，主要是因为其具有以下操作系统被广泛使用，主要是因为其具有以下基本特点：基本特点： (1) 界面图形化，操作便捷界面图形化，操作便捷 以前以前DOS的字符界面使得一些用户操作起来十分困难。的字符界面使得一些用户操作起来十分困难。采用了图形界面和使用鼠标后，人们不必学习太多的操作系采用了图形界面和使用鼠标后，人们不必学习太多的操

49、作系统知识，只要会使用鼠标就能进行工作。统知识，只要会使用鼠标就能进行工作。 (2) 采用多任务机制采用多任务机制 用户使用计算机时可以同时运行多个程序完成多种任务。用户使用计算机时可以同时运行多个程序完成多种任务。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.4 典型操作系统典型操作系统 (3) 支持网络功能。支持网络功能。 用户可以很方便地在用户可以很方便地在Windows中实现资源共享。中实现资源共享。 (4) 出色的多媒体功能出色的多媒体功能 可以进行音频、视频的编辑可以进行音频、视频的编辑/播放工作。播放工作。 (5) 硬件更容易使用硬件更容易使用 支持支持“即插即用即插即用” 技术，这使

50、得新硬件的安装更加简单。技术，这使得新硬件的安装更加简单。只要有其驱动程序，只要有其驱动程序， Windows就能自动识别并进行安装。就能自动识别并进行安装。 (6)具有众多应用程序的支持具有众多应用程序的支持 市面上有足够多的在市面上有足够多的在Windows下运行的应用程序可以满足下运行的应用程序可以满足用户各方面的需求。用户各方面的需求。计算机科学与工程系计算机科学与工程系 Linux是是Unix家族中的一员，是一个诞生于网络、成长于家族中的一员，是一个诞生于网络、成长于网络且成熟于网络的操作系统。网络且成熟于网络的操作系统。Linux是一个免费、源代码开是一个免费、源代码开放、自由传播

51、的操作系统。它既可以做各种服务器操作系统，放、自由传播的操作系统。它既可以做各种服务器操作系统，也可以安装在微机上，我国自行开发的有红旗、蓝点、麒麟也可以安装在微机上，我国自行开发的有红旗、蓝点、麒麟Linux等。等。4.4 典型操作系统典型操作系统国产红旗国产红旗Linux运行界面运行界面1991年，芬兰赫尔年，芬兰赫尔辛 基 大 学 的 学 生辛 基 大 学 的 学 生Linus Torvalds编写编写了了Linux，并把源码，并把源码放在放在Internet上，得上，得到了迅猛发展。到了迅猛发展。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.4 典型操作系统典型操作系统 Mac OS Mac

52、 OS是运行在苹果系列微机上的操作系统。苹果机是运行在苹果系列微机上的操作系统。苹果机多用于图形领域，它往往代表了潮流和时尚，代表精美的多用于图形领域，它往往代表了潮流和时尚，代表精美的工业设计，但它不兼容工业设计，但它不兼容Windows软件。软件。Mac OS运行界面运行界面1984年，年，Apple公司发布了公司发布了System 1，这是世界上第一，这是世界上第一款图形化用户界面操作系统。款图形化用户界面操作系统。从从System 7.6版开始，更名版开始，更名为为Mac OS。计算机科学与工程系计算机科学与工程系4.4 典型操作系统典型操作系统 6 手机操作系统手机操作系统 三种典型的手机操作系统：三种典型的手机操作系统： (1) Android，中文称安卓，是一个以，中文称安卓，是一个以Linux为基础的半为基础的半开放原始码作业系统，主要用于移动设备，由开放原始码作业系统，主要用于移动设备，由Google持续领持续领导与开发中。导与开发中。 (2) iOS，原名，原名iPhone OS，是由苹果公司为移动设备所，是由苹果公司为移动设备所开发的操作系统，开发的操作系统，iOS不支持非苹果硬件的设备。不支持非苹果硬件的设备。 (3) Windows Phone 8是微软发布的一款手机操作系统，是微软发布的一款手机操作系统，是谷歌是谷歌Android和苹果和苹果iOS