第2章操作系统基础tw

第2章操作系统基础第2章操作系统基础

2.1操作系统概述

2.2CPU管理

2.3作业管理

2.4存储管理

2.5设备管理

2.6文件管理2.1

操作系统概述操作系统的概念操作系统的形成与发展操作系统的常用类型操作系统的主要特征操作系统的功能现代主流操作系统简介学习目标了解：操作系统的基本概念、功能操作系统的种类，操作系统的文件管理功能，现代主流操作系统。要点：操作系统的概念操作系统的基本功能文件管理2.1.1操作系统的概念操作系统(OperatingSystem，OS)是直接控制和管理计算机系统的软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，方便用户充分而有效地使用这些资源的程序集合。2.1.2

操作系统的形成与发展

1手工操作——操作系统的史前时代

2

监督程序（早期批处理）——操作系统的雏形

3

多道批处理——现代意义上操作系统的出现

4

分时系统与实时系统出现——操作系统步入实用化

5现代操作系统的发展程序设计全部采用机器语言，没有操作系统.人们采用手工操作方式来控制计算机的基本功能.慢速的手工操作与快速的CPU之间出现矛盾，另一方面CPU与I/O设备之间速度不匹配.

1手工操作——操作系统的史前时代单道批处理又分为联机批处理和脱机批处理两种类型.联机批处理：由CPU直接控制作业的输入与输出.脱机批处理：由“卫星机”控制作业的输入输出，有效地减少了CPU等待慢速设备输入输出的时间.

2

监督程序（早期批处理）——操作系统的雏形通道、中断和缓冲技术的使用使得多道程序的并发执行成为可能.优点：系统资源得到比较充分的利用。缺点：作业平均周转时间长，用户无法干预程序的执行，没有交互能力。

3

多道批处理——现代意义上操作系统的出现

在分时系统中，用户通过终端设备与计算机交互作用来运行自己的作业。多用户分时系统是当今计算机系统中使用最普遍的一类操作系统为了实时地对特定任务进行可靠处理，人们又开发出实时系统。实时系统具有专用性，不同的实时系统用于不同的应用领域。

4

分时系统与实时系统出现——操作系统步入实用化(1)微内核结构(2)多线程(3)对称多处理(SMP)

(4)分布式操作系统(5)面向对象

5

现代操作系统的发展

2.1.3

操作系统的常用类型

批处理操作系统

1

分时操作系统

2

实时操作系统

3

单用户操作系统

4

网络操作系统

5

分布式操作系统

6

嵌入式操作系统

7单道批处理系统：一次只能有一个作业装入计算机系统的主存储器运行多道批处理系统：一次允许多个作业同时装入主存储器，使CPU轮流地执行多个作业。

批处理操作系统

1优点：系统资源利用率高作业吞吐量大缺点：用户无法干预作业运行分时操作系统：多个用户分享使用同一台计算机，操作系统以时间片为单位轮流为用户服务。

分时操作系统

2及时性独占性

交互性特征同时性

分时操作系统和批处理多道操作系统有哪些差别？时间片：

操作系统将CPU的时间划分成若干个片段,每个时间段称为时间片。操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务。每次服务一个时间片分时操作系统工作方式:

一台主机连接了若干个终端每个终端有一个用户在使用交互式的向系统提出命令请求系统接受每个用户的命令采用时间片轮转方式处理服务请求并通过交互方式在终端上向用户显示结果用户根据上步结果发出下道命令分时操作系统分时操作系统特点同时性同时有多个用户使用一台计算机。宏观上：是多个人同时使用一个CPU微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU交互性用户根据系统响应结果进一步提出新请求(用户直接干预每一步)“独占”性用户感觉不到计算机为其他人服务(OS提供虚机器，各个用户的虚机器互不干扰)及时性系统对用户提出的请求及时响应分时与多道批处理的差别第一个差别是在目标上存在基本的不同，一个批处理多道操作系统的目标是提高机器效率，而分时操作系统的目标是针对用户请求的快速响应；第二个差别表现在提交给系统的作业性质上，对于要求在几分钟内能从终端上获得结果的短小作业来说，分时操作系统是最有效的，但对于需要较长时间才能完成的大型作业而言，批处理多道操作系统较为有效；第三个差别是对于充分使用系统资源而言，批处理多道操作系统是较好的，因为它可以同时接收经过合理安排的各种不同负载的作业，而对于要求执行相同功能的作业而言，分时操作系统是较好的，因为在不同的终端上同时使用同一个功能的例行子程序将减少系统调用它的开销。实时操作系统：是指计算机系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理。

实时操作系统

3特征高可靠性高安全性

高响应性分时操作系统与实时操作系统有哪些差别

？一个用户独占计算机系统资源，系统所有的软、硬件资源都为一个用户服务，系统单独地执行该用户提交的一个任务。

单用户操作系统

4

网络操作系统

5基于计算机网络的，它负责网络管理、网络通信、资源共享和系统安全等工作。是在各种计算机操作系统上,按网络体系结构协议标准开发的软件,包括网络管理,通信,安全,资源共享和各种网络应用。目标：是相互通信及资源共享将大量的计算机通过网络被连接在一起，以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。这种系统称作分布式系统。能使分布式系统中的若干台计算机相互协作完成一个共同任务的系统软件称为分布式操作系统。

分布式操作系统

6特征共享性透明性

统一性自治性

网络操作系统与分布式操作系统有哪些差别

？网络和分布式的区别分布具有各个计算机间相互通讯，无主从关系；网络有主从关系.分布式系统资源为所有用户共享；而网络有限制地共享(3)分布式系统中若干个计算机可相互协作共同完成一项任务

对整个智能芯片及其所控制的各种部件模块等资源进行统一调度、指挥和控制的系统软件称为嵌入式操作系统.嵌入式操作系统具有高可靠性、实时性、占有资源少、成本低等优点.

嵌入式操作系统

7嵌入式操作系统是一种用途广泛的系统软件，过去主要应用于工业控制和国防系统领域。信息家电将会是未来的主流产业，它将成为今后技术发展的主流和未来发展的强有力的技术推动，也是各嵌入式操作系统竞相争夺的重要市场国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有40种左右。开放源代码的Linux很适于做信息家电的开发.2.1.4

操作系统的主要特征是指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生，交替进行。

是指系统中的资源可以被多个用户共同使用。并发性共享性

2.1.5

操作系统的功能CPU管理

存储管理

设备管理

文件管理

用户接口

操作系统的功能把CPU合理有效地分配给各执行程序使用。主要功能包括作业和进程调度、进程控制和进程通信。主要管理计算机的内存资源。主要功能包括：内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充主要管理计算机的输入输出设备主要功能包括：缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备独立性。主要管理系统中的信息资源。主要功能包括：文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理、存取控制和文件系统的安全管理。命令接口程序接口图形用户接口新一代用户接口2.1.6现代主流操作系统简介Windows操作系统1UNIX操作系统2Linux操作系统3其他流行操作系统4Windows操作系统是当前个人微型计算机中应用最广泛的一种操作系统。1985年5月诞生Windows的第一个版本Windows1.01995年8月24日诞生的Windows95操作系统，是真正的操作系统。2001年推出的WindowsXP是第一个既适合家庭用户，又适合商业用户使用的新型操作系统。Windows操作系统1Windows操作系统的特点：易学易用的面向对象的图形用户界面支持多任务多窗口即插即用功能支持多媒体技术内置网络和通信功能UNIX系统正式发布于1974年，1975年发布的第6版中引入了多道程序技术，这时UNIX系统才成为真正的多用户分时系统。UNIX操作系统2内核裸机shell用户或应用程序UNIX系统组成结构UNIX操作系统的特点：开放性、可移植性多用户、多任务的分时操作系统设备独立性强大的网络与通信功能内核短小系统结构清晰，有利于操作系统的教学和实践Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，它主要用于基于Intelx86系列CPU的计算机上。Linux操作系统3Linux操作系统的特点：免费、源代码开放多平台具有出色的稳定性和速度性能功能完善，具有丰富的网络功能硬件需求低MacOS操作系统

MacOS操作系统是美国Apple公司推出的操作系统，运行在Macintosh计算机上。

Netware操作系统

Netware是Novell公司开发的网络操作系统NOS。其他流行操作系统42.6文件管理

文件的概念及文件分类文件系统的概念及其功能文件的结构文件目录管理2.6.1文件的概念及文件分类文件：是具有一定名称的一组相关数据的集合。每个文件都要用一个名字来标识，称为文件名。

文件的命名：文件名.扩展名Windows系统中的文件名最多可包含256个字符。可以是字母、汉字、数字和部分符号。通配符：*？文件常用扩展名及其说明扩展名说明扩展名说明com可执行的程序文件exe应用程序sys系统文件Zip、rar压缩文件htm静态网页文件DocWord文档bmp、jpg、gif图像文件wav、mp3声音文件bak备份文件rm、avi、wmv视频文件按文件的性质和用途按文件存放时间限制按文件的保护级别按文件的信息流向系统文件用户文件库文件临时文件永久文件档案文件只读文件读写文件执行文件不保护文件输入文件输出文件输入输出文件文件的分类2.6.2文件系统的概念及其功能1.文件系统操作系统中负责存取和管理文件信息的部分称为文件系统。2.文件系统的功能文件读写管理文件目录管理存储空间管理文件保护与共享方便的用户接口可靠性与一致性

例题2.5

FAT文件系统:于1982年开始应用于MS-DOS系统中，用于管理磁盘文件。

FAT32文件系统:通过对FAT文件系统的扩展，解决了长文件名问题.

NTFS文件系统:NTFS兼有FAT和FAT32文件系统的所有优点.简单了解Windows操作系统的几种文件系统2.6.3文件的结构有结构的记录式文件文件的逻辑结构无结构的流式文件由一组相关记录组成，存取文件以记录为单位来进行。由一系列字符组成，字符或字节为基本信息单位从用户的角度看文件1、有结构的记录式文件学号姓名性别计算机英语01王佳宁女886302李新烽男689103武晓娟女85872、无结构的流式文件main(){inta,b,sum;scanf("%d%d",&a,&b);sum=a+b;printf("sum=%d",sum);}将一个逻辑上连续的文件信息依次存放在外存的连续物理块中.主要优点是：实现简单，顺序存取信息时速度较快.主要缺点是：不灵活，易产生磁盘碎片，不利于文件的动态扩充(文件插入和删除).

(1)顺序结构文件的物理结构从系统的角度看文件

文件E45

5678……用户文件目录文件名长度起始块物理存储设备顺序结构将一个逻辑文件的信息存放在外存的若干个物理块中，通过物理块中的指针指向该文件的下一个物理块的位置.主要优点是：解决碎片问题，提高了外存空间的利用率；方便文件的动态扩充.主要缺点是：只能顺序访问，查找效率较低

(2)链接结构文件的物理结构515

1522220

文件F35用户文件目录链接结构物理存储设备连接指针物理块号文件名长度起始块将一个逻辑文件的信息存放于外存的若干个不连续的物理块中，通过索引表进行文件存取.主要优点是：可以进行随机访问，也易于进行文件的增删.主要缺点是：索引表增加了存储空间的开销；降低了文件的存取速度.

(3)索引结构文件的物理结构逻辑块号物理块号0 391 121239用户文件目录物理存储设备索引表索引结构文件名索引表指针文件G252.6.4文件目录管理文件目录文件由文件说明和文件体两部分组成，文件说明的集合称为文件目录。文件目录功能：实现按名存取提高检索速度允许文件同名允许文件共享文件说明又称为文件控制块（FCB）文件控制块是操作系统为管理文件而设置的数据结构，存放了为管理文件所需的所有有关信息（文件属性）文件控制块是文件存在的标志文件控制块FCB的内容：

文件名，文件号，用户名，文件地址，文件长度，文件类型，文件属性，共享计数，文件的建立日期，保存期限，最后修改日期，最后访问日期，口令，文件逻辑结构，文件物理结构目录结构所有的文件在一个目录下，组成一个线性表。根目录File1File2File3单级目录结构：优点：结构简单，容易实现缺点：不允许文件重名,文件查找速度慢目录结构二级目录结构：由主文件目录和用户文件目录组成。主文件目录用户文件目录

User1User2User3……User……