第7章 Windows操作系统的特点及使用

1、1,第七章Windows操作系统的特点及使用,7.0本章学习目标7.1Windows概述7.2Windows操作系统的进程管理7.3Windows操作系统的存储管理7.4Windows操作系统的的文件系统7.5Windows操作系统I/O设备管理7.6WindowsXP操作系统7.7小结,2,7.0本章学习目标,Windows系列操作系统是目前最常见、最流行的操作系统之一，而WindowsXP又是其中的佼佼者之一。本章学习目标如下：1.掌握Windows系列操作系统的特点；2.掌握WindowsXP的使用。,3,7.1Windows概述,从1983年微软公司宣布Windows的诞生到现在，微软

2、Windows系列操作系统的功能不断发展完善，在市场中成为操作系统平台的主流软件。其开发经历了三个主要阶段：基于DOS操作系统开发的Windows95/98/Me；基于NT技术开发的WindowsNT/2000；基于Windows2000基础上开发的WindowsXP操作系统。,4,早期Windows之所以取得成功，主要在于它具有以下优点：,直观、高效的面向对象的图形用户界面，易学易用；用户界面统一、友好、美观；丰富的设备无关的图形操作；多任务；面向对象式的程序设计思想；丰富的Windows软件开发工具。,5,7.1.1早期Windows,Windows95采用32位处理技术，兼容以前16位的

3、应用程序，起到承前启后的作用。Windows98仍兼容16位的应用程序，是Windows系列产品中最后一个“照顾”16位的应用程序的操作系统。,6,WindowsNT使用于高档工作站平台、局域网服务器或者主干计算机。WindowsNT支持对称多处理结构、支持多线程并行，支持多种硬件平台，支持多种网络协议、多文件系统，以及在不同网络环境中的互操作能力。它采用16位标准字符集的单一代码方式（Unicode）代码，支持国际字符集，提供良好的文件系统。,7,7.1.2Windows2000,Windows2000平台建立于NT技术之上，具有强可靠性，高可用性。它通过简化系统管理，降低了操作耗费，是一种

4、适合从最小的移动设备到最大的电子商务服务器新硬件的操作系统。,8,Windows2000系列包括以下产品：1）Windows2000Professional（专业版）；2）Windows2000Server（服务器版）；3）Windows2000AdvancedServer（高级服务器版）；4）Windows2000DatacenterServer（数据中心服务器版）。,9,7.1.3WindowsXP,WindowsXP是在Windows2000和WindowsMe的基础上开发的、具有全新外观的新一代操作系统，给家庭用户和商业用户一个全新的体验。它把消费型操作系统和商业型操作系统融和为统一系

5、统代码，结束了Windows同时开发两个系列的历史。,10,7.2Windows操作系统的进程管理7.2.1Windows操作系统中的进程管理,Windows操作系统中，进程是作为对象来管理的，可通过相应句柄（handle）来引用进程对象，操作系统提供一组控制进程对象的服务。进程对象的属性包括：进程标识（PID）、资源访问令牌、进程的基本优先级等，进程也是系统资源分配的基本单位。,11,7.2.2Windows操作系统的线程,Windows操作系统中，线程是内核线程，系统的处理器调度对象是线程。线程上下文主要包括：寄存器、线程环境块、核心栈、用户栈。Windows操作系统的线程调度并不是单纯使

6、用某一种调度算法，而是多种算法的结合体，根据系统的实际需要进行针对性的优化和改进。,12,Windows操作系统实现了一个基于优先级的抢先式多处理器调度系统。调度系统总是运行优先级最高的就绪线程。操作系统会根据以下原因之一中断或抢先当前正在执行的线程：（1）该线程已运行了该时间片。当时间片的时间到时，操作系统就中断该线程，让另一个线程能够访问处理器。（2）另一个具有较高优先级的线程准备执行，操作系统就会中断当前执行的线程，以便让具有较高优先级的线程访问处理器。,13,7.2.3Windows操作系统的进程互斥和同步,在Windows操作系统中，提供了互斥对象、信号量对象和事件对象三种同步对象和

7、相应的系统调用，用于进程和线程的同步。这些同步对象都有一个用户指定的对象名称，不同进程中用同样的对象名称来创建或打开对象，从而获得该对象在本进程的句柄。,14,从本质上讲，这组同步对象的功能是相同的，它们的区别在于适用场合和效率会有所不同：（1）互斥对象（mutex）就是互斥信号量，在一个时刻只能被一个线程使用。（2）信号量对象（semaphore）就是资源信号量，初始值的取值范围在0到指定最大值之间，用于限制并发访问的线程数。（3）事件对象（event）相当于“触发器”，可用于通知一个或多个线程某事件的出现。,15,7.3Windows操作系统的存储管理7.3.1地址空间的布局,默认情况下，

8、32位Windows2000/XP上每个用户进程可以占有2GB的私有地址空间。Windows2000/XP高级服务器和Windows2000/XP数据中心服务器支持一个引导选项，允许用户拥有3GB的地址空间。,16,7.3.2用户内存空间分配方式,Windows2000/XP有如下三种管理应用程序内存的方法。1）以页为单位的虚拟内存分配方法，适合于大型对象或数据结构。进程的地址空间的页面是空闲、保留或是被提交。应用程序可以首先保留地址空间，然后向此地址空间提交物理页面。,17,2）内存映射文件方法，适合于大型数据流文件以及多个进程之间的数据共享。内存映射文件保留一个地址区域，把位于磁盘上的文件

9、提交给该区域。3）内存堆方法，适合于大量的小型内存申请。堆是保留的地址空间中一个或多个页组成的区域，这个地址区域可以由堆管理器按更小块划分和分配。,18,7.3.3系统内存分配,内存管理为设备驱动程序以及其它核心态组件提供了大量的服务，例如，分配和释放物理内存、锁定物理内存、页面实现直接内存访问等。,19,系统初始化时，内存管理器创建如下两种动态大小的内存缓冲池，核心态组件可以用来分配系统内存。1）非分页缓冲池：由长驻物理内存的系统虚拟地址区域组成，从任何IRQL级和任何进程上下文都可以访问。2）分页缓冲池：在系统空间中可以被分页和换出的虚拟内存区域。那些不会从DPC/调度级（或更高级别）访问

10、内存的设备驱动程序可以使用分页缓冲池。两种内存缓冲池均位于系统空间，并被映射到每个进程的虚拟地址空间。内核提供函数从这些缓冲池分配和回收内存。,20,7.4Windows操作系统的文件系统,文件系统（FileSystem）是指在操作系统中，命名、存储、组织文件的综合结构。而结构的具体表达称为文件的系统格式（Format）。微软在Dos/Windows系列操作系统中共使用了6种不同的文件系统（包括即将在Windows的下一个版本中使用的WINFS），它们分别是：FAT12、FAT16、FAT32、NTFS、NTFS5.0和WINFS。下面一一对它们的相关特点和规则作个介绍。其中FAT12、FAT

11、16、FAT32均是FAT文件系统，是FileAllocationTable的简称。,21,7.4.1FAT文件系统,FAT文件系统最初用于小型磁盘和简单文件结构的简单文件系统，以后的Windows操作系统为了保持向后兼容，都支持FAT格式。FAT文件系统得名于它的组织方法：放置在卷起始位置的文件分配表。为了保护卷，保留了一个备份，确保即使损坏了一份也能正常工作。为确保正确装卸启动系统所必须的文件，文件分配表和根文件夹必须存放在固定的位置。,22,7.4.2FAT32文件系统,FAT32文件系统是Windows98在FAT文件系统的基础上引入的一种增强文件系统，通过使用更小的簇来更有效率地使用

12、磁盘空间，因此特别适合于大于512MB容量的磁盘分区使用。不仅速度有所提高，而且系统开销相对FAT格式更节省。FAT32的根目录区不再是固定区域、固定大小，而是作为根文件目录，采用与子目录相同的管理方式，因此根目录下的文件数目不再受最多256个的限制。,23,7.4.3NTFS文件系统,Windows2000所推荐使用的NTFS文件系统提供了FAT和FAT32文件系统所没有的、全面的性能，以及可靠性和兼容性。NTFS文件系统的设计目标就是用来在很大的磁盘上能够很快地执行诸如：读、写和搜索这样的标准文件操作，甚至包括像文件系统恢复这样的高级操作。NTFS文件和文件夹无论共享与否都可以赋予权限。,

13、24,7.4.4Windows2000文件服务,Windows2000在WindowsNTServer4.0的高效文件服务基础上，加强或新增了分布式文件系统、用户配额、加密文件系统、磁盘碎片整理和索引服务等特性。分布式文件系统（DistrbutedFileSystem，DFS）是一个在WindowsNTServer4.0中已经存在的一个文件服务，但在Windows2000中得到了增强。它的作用是不管文件的物理分布情况，可以把文件组织成为树状的分层逻辑结构，便于用户访问网络文件资源、加强容错能力和均衡网络负载等。,25,7.5Windows操作系统的I/O设备管理7.5.1Windows操作系统

14、的I/O处理,Windows2000/XP的I/O系统由一些执行体组件和设备驱动程序组成。Windows2000是分态的操作系统。用户应用程序运行在用户态，操作系统代码（如系统服务和设备驱动程序）在核心态下运行。,26,7.5.2Windows操作系统的设备驱动程序,Windows驱动程序模型重新定义驱动程序分层，其驱动层次结构如图7.1所示。,27,28,7.6WindowsXP操作系统本部分为上机实验，内容见课本P193起。,29,7.7小结,从1983年微软公司宣布Windows的诞生到现在，微软Windows系列操作系统的功能不断发展完善，在市场中成为操作系统平台的主流软件。其开发经历了三个主要阶段：基于DOS操作系统开发的Windows95/98/Me；基于NT技术开发的WindowsNT/2000；基于Windows2000基础上开发的WindowsXP操作系统。,30,WindowsXP是微软于2001