第三章 操作系统

大学计算机基础主讲教师：王杨邮箱：wangyang@电话习存储程序工作原理计算机逻辑结构CPU基本功能（取指令、分析指令、执行指令）CPU、内存储器、硬盘的性能指标三级存储器总线结构没有软件的硬件是不能做任何事情的!软件=程序+文档程序=指令序列指令是用户对计算机发出的工作命令操作码地址码指令格式计算机系统计算机系统（工厂）软件系统（人员）系统软件（管理、服务类人员）应用软件（生产工人）硬件系统（设备）“看得见、摸得着”的物理载体程序及其配套的数据、文档等对计算机进行管理、控制、维护，或者编辑、制作、加工用户程序的一类软件。用于解决各种实际问题、进行业务工作的软件计算机软件系统控制台电源外存储器CPUROMRAMBIOS程序操作系统数据应用程序操作系统数据BIOS程序计算机系统的工作过程计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序最基本、最重要的系统软件;为用户提供了操作界面；控制和管理计算机软硬件资源；合理组织计算机系统的工作流程。什么是操作系统？计算机硬件操作系统系统软件应用软件用户操作系统操作系统发展的5个阶段手工操作特点：计算机的操作由用户采用手工操作直接控制和使用计算机硬件问题：人工操作的速度和计算机的速度相差太远。改进思路：自动控制计算机操作系统发展的5个阶段第一代操作系统：批处理操作系统（1955-1962）特点：多个程序在计算机上连续运行，在程序之间无需人工控制；优势：保证CPU和外部设备高度并行工作，系统资源的利用率大大提高。问题：在数据的输入和输出时，主机空闲。改进思路：处理机和外部设备同时工作操作系统发展的5个阶段第二代操作系统－多任务操作系统（1962-1972）特点：采用并发技术，使得一个程序进行输入输出时，CPU可转去执行其他程序。优势：提高了处理机的运行效率，从宏观上看，多个作业可以同时运行。问题：增加了操作系统的复杂程度和功能规模操作系统发展的5个阶段第三代操作系统（20世纪70-80年代）特点：重视操作系统的结构和功能的精简。典型代表：UNIX操作系统操作系统发展的5个阶段第四代操作系统（1990年后）网络操作系统管理连接在计算机网络上的多台计算机网络管理、通信、资源共享、系统安全等分布式操作系统控制一个程序分布在多台计算机上并行运行的操作系统第二部分操作系统分类目前市面上主要有哪些操作系统？操作系统分时操作系统实时操作系统网络操作系统分布式操作系统云操作系统嵌入式操作系统一台主机连接多台终端，各个终端用户通过自己的终端将作业送入计算机，处理机按固定时间片轮流为各个终端服务，由于计算机处理非常快，用户感觉不到等待的时间。比如图书馆的查询系统主机终端2终端3终端4终端1分时操作系统1.分时操作系统时间片中断处理t123123分时操作系统1.分时操作系统2.实时操作系统返回实时数据立即做出相应的控制专用OS对外部时间及时作出响应并进行处理.实时控制系统：宇航控制、导弹发射、工业控制、铁路运输控制实时信息处理系统：航班订票、图书管理、银行财务处理3.网络操作系统计算机1计算机2计算机3计算机5计算机6计算机4Netware网络操作系统是用来管理连接在计算机网络上的多台计算机的操作系统，除了常见的操作系统功能外，还需提供高效、可靠的网络通信等多种网络服务功能。Cisco—思科互联网解决方案的领先提供者，其设备和软件产品主要用于连接计算机网络系统。其中思科认证，是网络工程师认证中含金量极高的认证之一4.分布式操作系统分布OS处理器存储器处理器存储器处理器存储器处理器存储器处理器存储器计算输入输出分布式计算是研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。分布式计算需要用分布式操作系统管理分布式系统中的所有资源，包括资源的分配和调度。分布式与网络的区别网络操作系统可以构架于不同的操作系统之上，可以在不同的本机操作系统上通过网络协议实现网络资源的统一配置。分布式操作系统是一个统一的操作系统，在系统中的所有主机使用的是同一个操作系统；可以以较低的成本获得较高的运算性能；实现资源的深度共享；处于分布式系统中的各个主机都处于平等的地位，各个主机之间没有主从关系。一个主机的失效一般不会影响整个分布式系统。云计算与分布式操作系统寻找外星人计划

SETI@home计划SETI@home是最早的云计算应用，计划启动时世界上还没有云计算的概念。SETI@home是一个分布式计算平台。SETI@home计划是将家用电脑的空余运算能力加以利用，将庞大的数据分散给大量的普通电脑。已经有数万台网友的电脑参与了这项计划，并且他们的运行效率超过了目前世界上最快的超级电脑。主控中心向参与SETI的电脑发出需要计算分析的数据包，计算完成后，再将数据上传给主控中心的服务器，由主控中心进行汇总二次分析。1977年8月16日被SETI计划侦听到是目前世界上唯一被确认的由非自然星体发出的信号，这段72秒的讯号成为外星人论最有力证据支持。5.云操作系统指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件）。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。这种特性经常被称为像水电一样使用IT基础设施.6.嵌入式操作系统根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置手机、PDA、单片机上使用常见的嵌入式系统有:Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX、Rtems、QNX、INTEGRITY、OSE、CExecutive、ios、android、palmOS嵌入式操作系统Symbian(塞班)Symbian成为诺基亚手机操作系统，由于对新兴技术支持欠佳，截止至2012年2月，塞班系统的全球市场占有量仅为6.8%，中国市场占有率则降至11%，均被安卓超过。嵌入式操作系统iPhoneOSiOS是由苹果公司为iPhone开发的手机操作系统它主要是给iPhone和iPodtouch使用。就像其基于的MacOSX操作系统一样，它也是以Darwin为基础的。iPhoneOS的系统架构分为四个层次：核心操作系统层（theCoreOSlayer），核心服务层（theCoreServiceslayer），媒体层（theMedialayer），可轻触层（theCocoaTouchlayer）。系统操作占用大概512MB的存储空间。嵌入式操作系统Android

Android是一种以Linux为基础的开放源代码操作系统，主要使用于便携设备。目前尚未有统一中文名称，中国大陆地区较多人使用“安卓”或“安致”。Android操作系统最初由AndyRubin开发，最初主要支持手机。2005年由Google收购注资，并组建开放手机联盟开发改良，逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。Android的主要竞争对手是苹果公司的iOS以及RIM的BlackberryOS。2011年第一季度，Android在全球的市场份额首次超过塞班系统，跃居全球第一。2012年7月数据，Android占据全球智能手机操作系统市场59%的份额，中国市场占有率为76.7%。嵌入式操作系统BlackBerryOS(黑莓)BlackBerry嵌入式操作系统国内的操作系统2004年9月,麒麟(kylin),服务器操作系统国产操作系统1.红旗Linux（RedflagLinux）2.银河麒麟（KylinOS）3.中标普华Linux4.雨林木风操作系统（YLMFOS)5.凝思磐石安全操作系统6.共创Linux桌面操作系统

第三部分不同界面的操作系统图形界面命令行常见操作系统简介操作系统LinuxUNIXDOSWindows1.操作系统远古霸主——DOSMS-DOS:Microsoft(微软公司）出品DiskOperatingSystemMS-DOS1.0(1980)~MS-DOS7.0(1995)技术成熟，可靠性高极强的可伸缩性网络功能强强大的数据库支持能力开发功能强开放性好标准化2.Unix支持所有常用的网络通信协议TCP/IP协议就是在UNIX上开发和发展起来的UNIX服务器在Internet服务器中占80％以上唯一能在笔记本电脑、PC、工作站、巨型机运行的操作系统支持多用户多任务3.诱人的小企鹅——Linux芬兰大学生LinusB.Torvolds在1991年首次编写的免费的操作系统，其源代码的免费开放Linux是一种类Unix系统(替代Minix)能够兼容Unix，但无需支付Unix高额的费用多用户、多任务;丰富的网络功能Linux同时具有字符界面和图形界面可靠的安全、稳定性能Linux具有DOS、Windows模拟器，可以运行一些Windows程序,但一些软件无法正常运行软件支持的不足是Linux最大的缺憾硬件设备面对Linux的驱动程序也不足打破微软Windows垄断的希望Linux操作系统-开放源代码RedHatUbuntuLinuxMintFedoraopenSUSEDebianSlackware计算机科学与技术学院4.操作系统当代大亨——Windows美国微软公司(Microsoft)推出的一种图形界面操作系统;计算机与用户之间打开了一个窗口，用户通过这个窗口直接管理、使用和控制计算机.Windows

7计算机科学与技术学院比较优秀的操作系统兼容性好速度快IE加载更快

修复任务栏

更好用的系统还原Win7系统安装Windows8计算机操作系统图形操作系统鼻祖——Alto最成功的操作系统——Windows开放源代码最为成功的系统——Linux操作系统远古霸主——Dos专业的操作系统——Unix苹果机的专利－MacOS第四部分操作系统功能对计算机系统中的软硬件资源进行有效的管理和控制；合理地组织计算机的工作流程；为用户提供一个使用计算机的接口和界面。软件资源硬件资源两大功能：资源管理、人机交互程序/数据/文档存储器处理器I/O设备用户接口操作系统人机交互资源管理CPU管理存储管理设备管理文件、程序管理1.处理机管理处理机管理的主要任务就是最大限度地提高处理机的利用率程序的顺序执行程序的并发执行输入计算输出输入计算输出输入计算输出输入计算输出输入计算输出进程和程序的关系程序没有任何运行的含义，它只是一个静态的实体。进程是程序在处理机上的一次执行过程，一个动态的概念，有一定生命期的一个进程有且只有一个与之对应的程序，而一个程序有可能没有与之对应的进程，也有可能有多个进程与之对应。CPU管理也可以说是对进程的管理CPU如何协调和执行多个进程？一个CPU最多只能同时执行一个进程，要实现多进程的执行是简单迅速地切换各进程，让每个进程都能执行；多内核或多CPU实现多进程的执行，是通过协同技术在各处理器上转换；进程越多，每个进程分配到处理器的时间比率就越小；通过特权等级，给不同的进程赋予执行高优先级和高时间占用比例。中断技术CPU在执行程序时，被内部或外部的事件打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序，这个过程称为中断。中断请求返回对外设事件进行处理主程序打印程序断点处理器中断的处理过程计算机组成原理SWPU48Stp1：中断请求INTRINTA问题:当同一时刻有多个中断源发出中断请求，CPU该响应哪一个中断呢？Stp2：中断判优打印程序Stp3：中断响应Stp4：中断服务Stp5：中断返回处理器中断的作用使CPU和外设可以同时工作，使系统可以及时地响应外部事件，让CPU可以允许多个外设同时工作，大大提高了CPU的利用率，提高了数据输入、输出速度。可以使CPU及时处理各种软硬件故障。SystemIdleProcessWindows页面内存管理进程，拥有0级优先;该进程作为单线程运行在每个处理器上，并在系统不处理其他线程的时候分派处理器的时间。它的cpu占用率越大表示可供分配的CPU资源越多，数字越小则表示CPU资源紧张。进程1进程2进程nN个程序同时装入内存运行结束调出2.存储管理(内存管理)1.按要求为用户进程分配内存2.保证多个进程互不干扰3.运行结束时，回收所占用的内存空间存储管理主要工作内存分区管理分区存储管理是支持多个程序运行设计的一种存储管理方式。固定分区就是内存中分区的个数固定不变，每个分区的大小也固定不变，每个分区只可装入一个进程。动态分区是在进程要进入内存时才建立的，使其大小恰好适应进程的大小。如何分配动态分区呢？动态分区的分配算法最先适应法(firstfitalgorithm)：空闲区按起始地址递增排列，一旦找到大于或等于所要求内存长度的分区，则结束探索。然后从所找到的分区中划出所要求的内存长度分配给用户，将余下的部分进行合并。最佳适应算法(bestfitalgorithm)：空闲区按大小递增排列，当用户进程申请一个空闲区时，算法从头开始查找，当找到第一个满足要求的空闲区时，停止查找。最坏适应算法(worstfitalgorithm)：空闲区按大小递减排列，当用户进程申请一个空闲区时，先检查第一个空闲区的大小是否大于或等于所要求的内存长度，若第一个空闲区长度小于所要求的，则分配失败，否则将第一个空闲区分配给用户进程。

思考：若程序所需内存量超过实际可用内存量，应怎么处理？虚拟存储技术虚拟存储技术把内存与外存有机的结合起来使用，从而得到一个容量很大的“内存”。虚拟存储技术对一个程序的第一次访问产生中断，操作系统确定页面在外存上的位置，然后找一个空闲块，把该页面从外存上读到内存块中，之前中断的指令被重新启动执行。虚拟存储技术允许一个程序即使它的整个存储映像并没有同时在内存中，也能正确运行。通过减少分配给一个进程的空闲区块数，这就允许更多进程同时执行，而且允许程序所需内存量超出可用内存总量。采用虚拟存储，将执行程序的一部分常驻内存，其它部分则根据需要在内、外存之间切换。3.设备管理缓冲管理缓解CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾设备分配根据用户的I/O请求，为他们分配所需的设备设备处理利用设备驱动程序，实现CPU和设备控制器之间的通信。设备独立性用户向系统申请和使用的设备与实际操作的设备无关4.文件管理什么是文件？文件的存储介质--磁盘的结构文件如何进行存储？重点书有内容，即信息集合计算机基础书有书名什么是文件?文件是具有名字的一组相关信息的集合，是操作系统管理信息的基本单位，通过文件名管理文件的基本概念基本名扩展名文件的命名？计算机一般用扩展名来区分文件类型文件的属性？文件的时间属性：文件的创建时间、文件的修改时间、文件的访问时间文件的空间属性：文件的位置、文件的大小、文件所占的磁盘空间文件的操作属性：只读文件、隐含文件、系统文件、可读写/存档文件文件的安全属性：文件所有者、其他人对文件的使用权限磁盘的结构步进电机电磁读写头电机如何在磁盘上进行文件存储呢？文件的存储？思考：左面的大箱子能不能把右边两个小箱子内容装进去呢？思考：如果把存储空间和信息空间分成小的单位，能不能装进去呢？文件在磁盘中存储的基本原理磁盘文件扇区问题1：文件被分成小的单位后，是连续存放好？还是不连续存放好？问题2：不连续存放，该如何记录每一块保存的位置呢？文件分配表

文件A------13

文件B------21

文件C------82

文件D------1

文件E------105

文件F------70

文件G-----5…………123456789001234501234512345678902426385543End十位个位磁盘扇区文件分配表FAT目录磁盘操作磁盘分区磁盘格式化驱动器号所代表在驱动器A:第一软盘驱动器B:第二软盘驱动器C:主硬盘在主分区D:从硬盘/硬盘其他分区/光盘依次排列在字母加冒号从硬盘/硬盘其他分区/光盘磁盘分区一个硬盘分区1分区2…分区n

一个簇通常为多个扇区，磁盘越大簇就越大

不同分区可以装载不同的操作系统

硬盘分区后其原有内容将丢失磁盘分区Windows在磁盘上以簇为单位管理数据，每个簇只能被一个文件占用

每个分区都有自己的FAT表和根目录为什么要分区？可否不分区？操纵系统以簇为最小分配单位在磁盘上来管理数据的，一个簇通常为多个扇区，每个簇只能被一个文件占用，因此文件所占用的空间，只能是簇的整数倍。如果文件实际大小小于一簇，它也要占一簇的空间。所以,簇越小，保存信息的效率就越高。通过磁盘分区，簇的大小也会变小。磁盘格式化

划分扇区

建立FAT表

建立根目录1234567890012345磁盘扇区0123451234567890文件分配表FAT思考：如果书不加区分的放在一起，要找一本书容不容易？图书馆在磁盘中如何找文件呢？一楼二楼三楼313233342122232411121314目录名+文件名=路径图书馆\1楼\11房间\1101书架\计算机基础文件名目录名路径图书馆根目录与当前目录每个磁盘有且只有一个根目录每个磁盘在工作的某一时刻有且只有一个“当前目录”磁盘上目录及文件树型结构绝对路径与相对路径由根目录开始书写的路径为

绝对路径。例如：\DOS\Edlin.Com\FORTRAN\JIANG\Jx.Exe\FORTRAN\ZHANG\E21.for由当前目录开始书写的路径为相对路径。例如：假设当前目录是\FORTRAN，则可按如下方式访问文件

JIANG\Jx.ExeZHANG\E21.for成批文件操作/文件名中的通配符

通配符*可用于匹配任意多个字符可以在文件操作命令中使用通配符(*、？)对多个文件进行操作

通配符？可用于匹配一个字符第五部分虚拟机及其应用虚拟机安装新的操作系统，不用重新分区。学习和安装“危险”工具软件。一台电脑变成三、四台，同时运行多个操作系统，只要删除一个文件夹即可完成操作系统卸载。组建虚拟的局域网，轻松学习网管知识，根本不必购买交换机、路由器以及网线等网络设备。虚拟机的真实性。虚拟机的好处在哪里？虚拟机（VirtualMachine）是电脑中的电脑，是利用软件虚拟出来的电脑，是在现有的操作系统上虚拟出来的一个新的子系统。运行虚拟机的电脑分为主系统（Host）和子系统（Guest），主系统就是用户的电脑，直接控制操作系统和硬件，称为宿主机，子系统则是利用软件在主系统中虚拟出来一个硬件环境，称为客户机或虚拟机。由主系统（宿主机）创建的虚拟机，与真实的计算机几乎一模一样，不但有自己独立的CPU、硬盘、内存及各种硬件，甚至还有自己的BIOS。用户也可以在虚拟机上安装Windows、Linux等真实的操作系统及各种应用程序。什么是虚拟机？虚拟机物理计算机

主机操作系统

（宿主机）虚拟计算机

Windows98

（客户机1）虚拟机软件平台虚拟计算机

Win7

（客户机2）虚拟计算机

WinXP

（客户机3）虚拟计算机

其它OS

（客户机4）虚拟机与主系统之间的关系在同一台主机上可以同时运行多个虚拟机，每个虚拟机都可安装不同的操作系统，就如同一台独立的PC。各虚拟机与主机之间还可以进行对话，共享文件，应用网络资源，甚至还可以运行C/S方式的应用。在虚拟机上安装其他操作系统，是把操作系统安装在主机硬盘中虚拟出来的一个特定文件中，并不需要对物理硬盘进行分区操作，对现有的硬盘分区和数据都不会造成任何破坏。虚拟机具有硬件无关性，虚拟出的硬件都是相同的，可以简单地在不同的主机之间复制后直接使用，不用考虑硬件差异。虚拟机的特点虚拟机虚拟机目前流行的虚拟机软件有VMware和VirtualPC，它们都能在Windows系统上虚拟出多个计算机。虚拟机软件下载VirtualPC2007点这里VPC2007简体中文语言包

VirtualPC虚拟机窗口课后小结操作系统功能CPU管理存储管理文件管理操作系统分类两种界面的操作系统虚拟机及其应用可否不用操作系统百度一下其他操作系统完成教材习题作业操作系统安装你会安装操作系统吗？准备安装盘设置计算机启动方式—光盘（或U盘）操作系统安装完就万事大吉了？安装相关硬件驱动程序安装应用软件系统备份系统如何备份？一键GhostThankYou!注册表注册表编辑器的打开方式1.开始>>运行，中输入regedit2.开始>>运行，中输入regedt32注册表是Windows一个内部数据库，存放着各种参数，直接控制着Windo