c1-Windows操作系统核心技术课件

Windows操作系统

核心技术周兴社谷建华倪红波张凯龙参考教材尤晋元等，Windows操作系统原理，机械工业出版社，2001DavidA.Solomon,WindowsNT技术内幕，清华大学出版社，1999年7月本课程内容含盖操作系统原理课程的全部理论内容以及Windows2000/XP操作系统构成的各个方面10讲的内容依次是：第1讲操作系统概述第2讲Windows2000／XP的体系结构第3讲进程管理第4讲存储管理第5讲文件系统操作系统概述发展与分类计算机系统结构与特点定义

按人的要求接收、存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果的机器系统。特点计算、判断、存储、精确、快速、通用、易用、联网组成硬件、软件计算机系统概观计算机系统(层次结构)软件硬件及固件（裸机）应用软件系统软件编辑软件，编译软件操作系统计算机组织指运算器、存储器、控制器、I/O部件间的相互连接作为计算机系统结构的逻辑和物理实现，任务是提高性价比，实现计算机在指令级的功能和特性；计算机系统结构从程序设计人员角度看到的计算机属性，处于机器语言级；存储程序原理是了解计算机组织的关键基于此构造的计算机称为存储程序计算机（冯.诺伊曼机）基本点：指令驱动，即程序由指令组成，并和数据一起存放在计算机存储器中地位：紧贴硬件之上，其它软件之下，是其他软件的共同环境定义：系统软件，程序模块的集合，资源管理和用户接口功能应用用户应用开发人员操作系统开发人员计算机硬件操作系统系统工具用户应用操作系统概念操作系统特征并发性多程序同时推进单CPU环境用户程序之间、用户程序与操作系统之间多CPU环境宏观、微观并发分布式环境多计算机并存共享性系统的各种资源共享随机性运行状态不确定要求操作系统设计与实现要充分考虑各种可能OS是用户使用系统硬件、软件的接口系统命令（命令行、菜单式、命令脚本式、图形用户接口GUI）；系统调用（形式上类似于过程调用，在应用编程中使用）。OS是扩展机(extendedmachine)/虚拟机(virtualmachine)。在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储管理（针对内存和外存）、处理机管理（针对CPU）；合理组织工作流程：作业管理、进程管理。几项重要功能进程管理主要是对处理器进行管理解决处理器实施分配调度策略；协调多道程序间的关系存储管理管理内存资源内外存结合实现虚拟存储器，解决内存不够问题文件管理信息资源以文件方式存放在外存方便、安全的访问作业管理为用户提供使用机器的手段设备管理管理所有I/O设备及其支持设备操作系统历史主要讨论操作系统的外部特征

发展动力提高资源的利用率和系统性能：计算机发展的初期，计算机系统昂贵，用作集中计算方便用户：用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和非专业用户（商业和办公、家庭）器件的发展：CPU的位宽度（指令和数据）、快速外存手工操作集中计算（计算中心），计算机资源昂贵；用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员；编程语言：为机器语言；输入输出：纸带或卡片；工作特点用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源利用率低；CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低；提高效率的途径专门的操作员，批处理批处理系统利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理。可使用汇编语言开发。批处理中的作业的组成：用户程序、数据、作业说明书（作业控制语言）监督程序发展为执行系统(executivesystem)，常驻内存主要问题CPU和I/O设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）。对计算为主的作业，外设空闲；对I/O为主的作业，CPU空闲；分时系统“分时”的含义分时是指多个用户分享使用同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件资源。多个用户分时：单个用户使用计算机的效率低，因而允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的用户。有用户输入时由CPU执行，处理完一次用户输入后程序暂停，等待下一次用户输入－－时走时停前台和后台程序分时：后台程序不占用终端输入输出，不与用户交互－－现在的图形用户界面(GUI)，除当前交互的程序(输入焦点)之外，其他程序均作为后台通常按时间片(timeslice)分配：各个程序在CPU上执行的轮换时间。批处理：交互性差－－提高对CPU利用率；分时处理：用户与应用程序随时交互，控制程序运行，适于商业和办公事务处理－－缩短响应时间用高级语言书写OSUnix特色不兼容，一直困难。可移植OS标准出现：POSIX、SVID、XPG通用OS面向个人应用WINDOWS,LINUX两大发展方向：宏观、微观宏观：大规模，分布式微观：嵌入式操作系统分类批处理 (BatchProcessingOperationSystem)分时 (TimeSharingOperatingSystem)实时 (RealTimeOperatingSystem)多处理 (Multi-processorOperatingSystem)嵌入式 (EmbeddedOS)个人计算机OS(PersonalOS)NOS (NetworkOperatingSystem)分布式OS (DistributedOS)单道(uniprogramming)和多道批处理的比较多道程序系统和多处理系统(multiprocessingsystem)的区别：前者指多个程序同时在内存中交替运行，后者指多个处理器。分时系统的特征多路性：多个用户同时工作。共享系统资源，提高了资源利用率。节省维护开支，可靠性高：笨终端－－至今仍在使用。促进了计算机的普遍应用，提高资源利用率：远地用户通过终端（较便宜）联机使用。独立性：各用户独立操作，互不干扰。交互性：系统能及时对用户的操作进行响应，显著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间。实时系统与批处理系统和分时系统的区别专用系统：许多实时系统是专用系统，而批处理与分时系统通常是通用系统。实时控制：实时系统用于控制实时过程，要求对外部事件的迅速响应，具有较强的中断处理机构。高可靠性：实时系统用于控制重要过程，要求高度可靠，具有较高冗余。如双机系统。事件驱动和队列驱动：实时系统的工作方式：接受外部消息，分析消息，调用相应处理程序进行处理。可与通用系统结合成通用实时系统：实时处理前台作业，批处理为后台作业。多处理操作系统非对称式多处理(AsymmetricMultiprocessing,ASMP)：又称主从模式(Master-slavemode)。主处理器：只有一个，运行OS。管理整个系统的资源，为从处理器分配任务；从处理器：可有多个，执行应用程序或I/O处理。特点：不同性质任务的负载不均，可靠性不够高，不易移植（通常要求硬件也是"非对称"）。对称式多处理(SymmetricMultiprocessing,SMP)OS交替在各个处理器上执行。任务负载较为平均，性能调节容易－－"傻瓜式"对称多处理机与非对称多处理机的比较网络操作系统在通用操作系统功能的基础上提供网络通信和网络服务功能的操作系统网络操作系统为网上计算机进行方便而有效的网络资源共享，提供网络用户所需各种服务的软件和相关规程的集合网络功能与操作系统的结合程度是网络操作系统的重要性能指标早期作法是通用操作系统附加网络软件，过渡到网络功能成为操作系统的有机组成部分区别：网络功能的强弱、使用是否方便例MSOS:MSDOS,MSWindows3.x,Windows95,WindowsNT,Windows2000UNIX:BSD,SCOUNIX,AIX,Solaris,LinuxNOS:NovellNetwareRTOS:VxWorks,pSoS,Nucleus研究操作系统的几种观点软件观点外在特性：命令集、界面内在特性：具有一般软件不具备的特殊结构资源管理观点分配、回收、竞争、保护进程观点将操作系统当作若干个可同时独立运行的程序-〉进程虚拟机屏蔽硬件，多个层次服务提供者用户角度Windows操作系统历程开发过程版本及其特点Win3xWin9xWin2000Winxp…<

Windows1.X(1985年11月)已有多窗口输出、多任务处理功能、初步具有图形界面；<

Windows2.X(1987年11月)具有图形界面，而且已具有Windows3.1的系统原型。如应用程序的添加、支持磁盘扩充、支持多种外设接口等，开始受到外界的重视与关注；<

Windows/286V2.1及Windows/386V2.1(1988,1989年)因当时Windows的速度过慢而仍未普及，故推出此版本，修正核心程序(如：I/O、内存、CPU等的控制)并以结构化语言改写使得速度大幅提升；<

Windows3.0英文版(1990年5月)除了改正Windows2.X版的错误外，使得图形用户界面正式进入个人PC的领域；拥有真正GUI的操作系统；除此之外，还提供一个非常完善的用户环境。增强了多任务处理、GUI、存储管理等能力；<

Windows3.0中文版(1991年7月31日)，中文化的操作界面，主要添加了中文输入法及汉字库的支持；<

Windows95英文版(1992年4月)<

Windows95中文版(1993年8月)除英文版功能外，还新增如多显卡支持、打印机驱动、兼容性与稳定性等。<

Windows95中文版新特性(1995年8月)真正32位的操作系统全新的工作桌面支持长文件名支持硬件的即插即用32位可抢先(Preemptive)多任务系统全新的多媒体享受强大的网络支持更友好的安装、操作界面

Windows1.01Windows1.02Windows1.03Windows2.xxWindowsNT体系结构Windows2000的特点支持对称多处理