第2章操作系統(tǒng)

2023/2/6第2章操作系統(tǒng)1第2章操作系統(tǒng)王燕2023/2/6第2章操作系統(tǒng)2主要內(nèi)容2.1操作系統(tǒng)概述2.2操作系統(tǒng)的功能 2.2.1處理器管理2.2.2存儲器管理2.2.3設(shè)備管理2.2.4文件管理2.3典型操作系統(tǒng)2023/2/6第2章操作系統(tǒng)3重點操作系統(tǒng)的功能2023/2/6第2章操作系統(tǒng)4計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)各種應(yīng)用程序軟件編譯程序、匯編程序等系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)裸機用戶1用戶2用戶3用戶n2023/2/6第2章操作系統(tǒng)52.1操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，它是一些程序模塊的集合——管理和控制計算機系統(tǒng)中的軟件和硬件資源，合理地組織計算機工作流程，以便有效的利用這些資源，為用戶提供一個功能強大、使用方便和可擴展的工作環(huán)境，從而在計算機與其用戶之間起到接口的作用。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)6操作系統(tǒng)的引導(dǎo)過程引導(dǎo)過程指在開啟計算機與計算機準備完畢并能接受用戶發(fā)出的命令之間發(fā)生的一系列事件在引導(dǎo)過程中，操作系統(tǒng)內(nèi)核會加載到內(nèi)存中內(nèi)核提供的是操作系統(tǒng)中最重要的服務(wù)（如內(nèi)存管理和文件訪問），計算機運行時，內(nèi)核會一直駐留在內(nèi)存中操作系統(tǒng)的其他部分（如定制應(yīng)用程序）只在需要時才載入2023/2/6第2章操作系統(tǒng)7引導(dǎo)過程包含以下6個步驟通電啟動引導(dǎo)程序開機自檢識別外圍設(shè)備加載操作系統(tǒng)檢查配置文件并對操作系統(tǒng)進行定制打開電源開關(guān)，開始給計算機硬件供電CPU執(zhí)行ROM中的引導(dǎo)程序關(guān)鍵部件診斷測試識別并檢查外圍設(shè)備內(nèi)核程序從硬盤讀取到RAM引導(dǎo)程序要求CPU執(zhí)行一條轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到內(nèi)核存儲的內(nèi)存區(qū)域，之后操作系統(tǒng)接管并開始控制整個機器的活動。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)8用戶界面用戶界面就是指用戶與計算機交互時用到的軟件和硬件的集合。因此計算機的用戶界面既包括圖表、菜單、工具欄按鈕等這些軟件元素，也包括顯示器、鼠標和鍵盤這些硬件設(shè)備。用戶界面有命令行界面和圖形用戶界面兩種。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)92.2操作系統(tǒng)的功能處理器管理存儲器管理設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理2023/2/6第2章操作系統(tǒng)10處理器管理處理器的管理包含兩部分的內(nèi)容：中斷處理和進程管理中斷引例：你正在看書，突然有人打電話來（中斷事件），你去接電話，接電話就叫中斷響應(yīng)。拿了電話和別人說話就相當于中斷服務(wù)程序，掛電話相當于中斷返回，而現(xiàn)場保護就相當于你去接電話的時候，在你看書看到當前頁的地方放一個書簽，然后等你接完電話回來可以翻到那兒繼續(xù)看在程序里面指執(zhí)行中斷程序時，把一些數(shù)據(jù)保護起來，等中斷服務(wù)程序執(zhí)行完時，再取回保護的數(shù)據(jù)

2023/2/6第2章操作系統(tǒng)11中斷處理硬件只能發(fā)現(xiàn)中斷事件，產(chǎn)生中斷信號CPU檢測到中斷信號，先進行現(xiàn)場保護，然后對中斷事件進行處理如磁盤驅(qū)動器通過發(fā)出中斷信號告訴CPU它準備把一個信息扇區(qū)傳送到主內(nèi)存，CPU檢測到這個信號后，就會停下自己正在進行的一切，把控制權(quán)交給中斷程序。同時CPU還要把當前正在運行的程序狀況進行“現(xiàn)場保護”，以便處理完急待處理的事件后能返回到原來的任務(wù)。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)12進程管理計算機中的活動都是以“進程”的方式運行的。進程為應(yīng)用程序的運行實例，是應(yīng)用程序的一次動態(tài)執(zhí)行。在Windows操作系統(tǒng)中，可以通過“任務(wù)管理器”查看處理器正在執(zhí)行的進程列表。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)13任務(wù)管理器查看進程列表2023/2/6第2章操作系統(tǒng)14存儲器管理存儲管理負責管理計算機系統(tǒng)的重要資源——主存儲器，即計算機內(nèi)存。操作系統(tǒng)的存儲功能主要包含四個方面虛擬內(nèi)存技術(shù)存儲空間的分配和回收地址的轉(zhuǎn)換存儲共享與保護2023/2/6第2章操作系統(tǒng)15虛擬內(nèi)存技術(shù)虛擬內(nèi)存：把輔助存儲器當作內(nèi)存來使用。虛擬存儲器的基本思路：作業(yè)提交時，先全部進入輔助存儲器（如硬盤），作業(yè)投入運行時，只是將其中當前使用部分裝入內(nèi)存，其余暫時不用的部分先存放在作為內(nèi)存擴充的輔助存儲器中，待用到這些信息時，再由系統(tǒng)自動把它們裝入到內(nèi)存中。操作系統(tǒng)的這個技術(shù)對應(yīng)用程序來說是透明的，從應(yīng)用程序的角度來看，它擁有的是一段連續(xù)的內(nèi)存空間（盡管有一部分數(shù)據(jù)放在實際的內(nèi)存，一部分數(shù)據(jù)放在硬盤虛擬的內(nèi)存中）。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)16“虛擬內(nèi)存設(shè)置”對話框我的電腦->右鍵屬性->高級性能設(shè)置->高級虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存設(shè)置的原則是：虛擬內(nèi)存最小值是物理內(nèi)存的1到1.5倍，虛擬內(nèi)存最大值是物理內(nèi)存的2到2.5倍。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)17存儲空間的分配和回收操作系統(tǒng)中的存儲管理能根據(jù)記錄每個存儲區(qū)（分配單元）的狀態(tài)做為主存分配的依據(jù)。當用戶提出申請時，實施存儲空間的分配管理，并能及時回收系統(tǒng)或用戶釋放的存儲區(qū)，以供其它用戶使用。通過主存分配記錄表來管理主存的分配和回收。保存每個存儲區(qū)域的狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為主存分配記錄表。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)18主存分配記錄表0進程A1進程A2進程A3進程B4進程B5進程C6進程C7…2023/2/6第2章操作系統(tǒng)19地址的轉(zhuǎn)換物理地址：主存的地址012345256M-1物理地址空間2023/2/6第2章操作系統(tǒng)20地址的轉(zhuǎn)換邏輯地址：源程序經(jīng)過編譯鏈接生成可執(zhí)行文件，源程序中函數(shù)名、變量名在可執(zhí)行文件中變?yōu)榈刂?。通常采用相對地址的形式，其首地址?，其余指令中的地址都相對于首地址而編址。這種地址稱為邏輯地址（虛地址），不能用邏輯地址在內(nèi)存中讀取信息。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)21地址的轉(zhuǎn)換inta=0;main(){a=5;//mov1000,5printf("hello,word");//call100}MOV1000,5CALL100printf0100400a1000

邏輯地址空間2023/2/6第2章操作系統(tǒng)22地址的轉(zhuǎn)換地址映射：當程序裝入內(nèi)存時，操作系統(tǒng)要為該程序分配一個合適的內(nèi)存空間，由于程序的邏輯地址與分配到內(nèi)存物理地址不一致,而CPU執(zhí)行指令時，是按物理地址進行的，所以要把程序中的邏輯地址轉(zhuǎn)化為物理地址，即地址轉(zhuǎn)換、重定位、地址映射。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)23MOV1000,5CALL100printf0100400a1000

邏輯地址空間MOV,5CALLprintf400041004400a5000物理地址空間500041002023/2/6第2章操作系統(tǒng)24存儲共享與保護

主存區(qū)域為多個用戶程序共同使用，所以存儲共享有兩方面的含義。（1）指多個用戶程序共同使用存儲空間，各個程序使用各自不同的存儲區(qū)域。（2）指多個用戶程序共同使用主存中的某些程序和數(shù)據(jù)區(qū)，這些共享程序和數(shù)據(jù)區(qū)稱為共享區(qū)。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)25設(shè)備管理設(shè)備管理是計算機系統(tǒng)對除CPU和內(nèi)存之外的所有輸入輸出設(shè)備的管理，是操作系統(tǒng)的主要功能之一。設(shè)備管理包括五個方面。設(shè)備驅(qū)動程序即插即用通用即插即用集中、統(tǒng)一管理提高使用效率2023/2/6第2章操作系統(tǒng)26設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)管理和驅(qū)動設(shè)備的程序。用戶使用設(shè)備之前，該設(shè)備必須安裝驅(qū)動程序，否則無法使用。不同類型設(shè)備的驅(qū)動程序是不同的。操作系統(tǒng)提供一套設(shè)備驅(qū)動程序的標準框架，由硬件廠商根據(jù)標準編寫設(shè)備驅(qū)動程序并隨同設(shè)備一起提交給用戶。在安裝操作系統(tǒng)時，會自動檢測設(shè)備并安裝相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，以后用戶如果需要添加新的設(shè)備，必須再安裝相應(yīng)的驅(qū)動程序。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)27即插即用所謂即插即用(PlugandPlay，PnP)，就是指把設(shè)備連接到計算機上后無需手動配置可以立即使用。即插即用技術(shù)不僅需要設(shè)備支持，而且操作系統(tǒng)也必須支持。即插即用并不是說不需要安裝設(shè)備驅(qū)動程序，而意味著操作系統(tǒng)能自動檢測到設(shè)備并自動安裝驅(qū)動程序。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)28通用即插即用Microsoft公司在1999年推出了最新的即插即用技術(shù)，即通用即插即用(UniversalPlugandPlay，UPnP)。它讓計算機自動發(fā)現(xiàn)和使用基于網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備，實現(xiàn)一種“零配置”和“隱性”的聯(lián)網(wǎng)過程，自動發(fā)現(xiàn)和控制來自各家廠商的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)打印機、Internet網(wǎng)關(guān)和消費類電子設(shè)備。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)29一些UPnP應(yīng)用場景經(jīng)過一天辛苦的工作，Bill走進了他的家門。他按了一下墻上的開關(guān)，這對我們大多數(shù)人而言，就像打開休息室的燈。但使用UPnP后，這個開關(guān)就遠不止這么簡單了。該開關(guān)正是一種UPnP服務(wù)，它的狀態(tài)是由被稱為“位置”的變量定義的。當Bill按下開關(guān)時，“位置”變?yōu)椤伴_”，同時運行在他基于WindowsXP的PC上的腳本也會投入工作。script是使用一種特定的描述性語言，依據(jù)一定的格式編寫的可執(zhí)行文件，又稱作宏或批處理文件。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)30

該腳本可以獲得主控開關(guān)的位置已變?yōu)椤伴_”的通知。此后它會執(zhí)行下列操作：加熱器打開到預(yù)設(shè)的溫度。應(yīng)答機開始播放新留言。Bill的立體聲系統(tǒng)打開，并被設(shè)置在他最喜歡的古典音樂臺，聲音是根據(jù)環(huán)境水平設(shè)置的。窗戶的百葉升起來，但這只會在日落之后發(fā)生（日出/日落數(shù)據(jù)可以非常容易地從Internet獲?。？蛇x的操作，打開電視并將其設(shè)在新聞臺，同時保持靜音并打開關(guān)閉的字幕功能。喔，對了，休息室的燈也打開了。同樣，當將開關(guān)按到“關(guān)閉”位置時，會進行反向操作。在Windows中，對設(shè)備進行集中統(tǒng)一的管理的是“設(shè)備管理器”。在“設(shè)備管理器”中，用戶可以了解有關(guān)計算機上的硬件如何安裝和配置的信息，以及硬件如何與計算機程序交互的信息，還可以檢查硬件狀態(tài)，并更新安裝在計算機上的設(shè)備驅(qū)動程序。我的電腦->右鍵管理->設(shè)備管理器2023/2/6第2章操作系統(tǒng)31集中、統(tǒng)一管理2023/2/6第2章操作系統(tǒng)32提高使用效率提高外部設(shè)備的使用效率，除了合理分配使用各種外部設(shè)備之外，操作系統(tǒng)通過緩沖技術(shù)提高外部設(shè)備和CPU以及各種外設(shè)之間的工作的并行性。在數(shù)據(jù)到達與離開速度不匹配的地方，使用緩沖技術(shù)。緩沖技術(shù)好比是一個水庫，如果上游來的水太多，下游來不及排走，水庫就起到“緩沖”作用，先讓水在水庫中停一些時候，等下游能繼續(xù)排水，再把水送往下游。通常CPU的速度要比I/O設(shè)備的速度快得多得多，所以可以設(shè)置緩沖區(qū)，對于從CPU來的數(shù)據(jù)，先放在緩沖區(qū)中，然后設(shè)備可以慢慢地從緩沖區(qū)中讀出數(shù)據(jù)。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)33文件管理文件管理就是把存儲、檢索、共享和保護文件的手段，提供給操作系統(tǒng)本身和用戶，以達到方便用戶和提高資源利用率的目的。文件管理的主要任務(wù)是實現(xiàn)按名存取，實現(xiàn)對文件的共享、保護和保密，保證文件的安全性，并提供給用戶一套方便操作文件的命令。文件基本概念文件的組織文件系統(tǒng)2023/2/6第2章操作系統(tǒng)34文件的基本概念文件是具有文件名的一組相關(guān)信息的集合。在計算機系統(tǒng)中，所有的程序和數(shù)據(jù)都是以文件的形式存放在計算機的外存儲器上。在操作系統(tǒng)中，負責管理和存取文件信息的部分稱為文件系統(tǒng)。在文件系統(tǒng)的管理下，用戶可以按照文件名訪問文件，而不必考慮各種外存儲器的差異，不必了解文件在外存儲器上的具體物理位置以及如何存放的。文件名：在計算機中，任何一個文件都有文件名。文件名是存取文件的依據(jù)，即按名存取。一般情況下，文件名分為文件主名和擴展名兩個部分。如p1.txt。文件類型：在絕大多數(shù)的操作系統(tǒng)中，文件的擴展名表示文件的類型。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)35文件類型擴展名說明可執(zhí)行程序EXE、COM可執(zhí)行程序文件源程序文件C、CPP、BAS、ASM程序設(shè)計語言的源程序文件目標文件OBJ源程序文件經(jīng)編譯后產(chǎn)生的目標文件批處理文件BAT將一批系統(tǒng)操作命令存儲在一起，可供用戶執(zhí)行連續(xù)執(zhí)行Office文檔文件DOC、XLS、PPT、DOCX、XLSX、PPTXMSOffice中Word、Excel、PowerPoint創(chuàng)建的文檔圖像文件BMP、JPG、GIF圖像文件，不同的擴展名表示不同格式的圖像文件流媒體文件WMV、RM、QT能通過Internet播放的流式媒體文件，不需下載整個文件就可播放壓縮文件ZIP、RAR壓縮文件音頻文件WAV、MP3、MID聲音文件，不同的擴展名表示不同格式的音頻文件網(wǎng)頁文件HTML、ASP一般來說，前者是靜態(tài)的，后者是動態(tài)的2023/2/6第2章操作系統(tǒng)36文件的基本概念文件屬性：文件除了文件名外，還有文件大小、占用空間、所有者信息等，這些信息稱為文件屬性。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)37文件的基本概念文件操作：文件中存儲的可能是數(shù)據(jù)，也可能是程序的代碼，不同格式的文件通常都會有不同的應(yīng)用和操作。文件的常用操作有：建立文件、打開文件、寫入文件、刪除文件、屬性更改等。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)38文件的組織操作系統(tǒng)通常采用樹形結(jié)構(gòu)對文件進行組織。最基本的一級稱為卷，一盤磁帶、一張光盤片、一個硬盤分區(qū)或一張軟盤片都可稱為一卷。在卷上可以建立目錄樹或稱為文件夾。用戶可以在每一卷的根目錄下建立子目錄，在子目錄下再建立子目錄，也就是將目錄結(jié)構(gòu)構(gòu)建成樹狀結(jié)構(gòu)，然后讓用戶將文件分門別類地存放在不同的目錄中。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)39樹狀的目錄結(jié)構(gòu)2023/2/6第2章操作系統(tǒng)40樹狀的目錄結(jié)構(gòu)目錄路徑有兩種：絕對路徑和相對路徑。Notepad.exe和Test.doc文件的絕對路徑分別為C:\Windows\System32\Notepad.exe和C:\Userl\Test.doc。如果當前目錄為System32，則Data.mdb文件的相對路徑為..\..\User1\Data.mdb（用“..”表示上一級目錄）。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)41文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)由3部分組成：與文件有關(guān)的軟件、被管理的文件以及實施文件管理所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)角度來看，文件系統(tǒng)是對文件存儲空間進行組織和分配、負責文件的存儲并對存入的文件進行保護和檢索的系統(tǒng)。文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即在磁盤或分區(qū)上組織文件的方法。一個分區(qū)就是一個實際的文件系統(tǒng)。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)42文件系統(tǒng)一個分區(qū)或磁盤在作為文件系統(tǒng)使用前，需要初始化，并將記錄數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寫到磁盤上。這個過程就叫建立文件系統(tǒng)。建立文件系統(tǒng)需要根據(jù)操作系統(tǒng)的需要，不同的操作系統(tǒng)有不同的文件系統(tǒng)。Windows常用的文件系統(tǒng)為FAT32(FileAllocationTable)或NTFS(NewTechnologyFileSystem)，而UNIX則使用NFSFAT32：卷最大容量2TB，F(xiàn)AT32每個分區(qū)最大是32GB，其中每個文件最大只能是4GBNTFS：一種能夠提供各種FAT版本所不具備的性能、安全性、可靠性與先進特性的高級文件系統(tǒng)。NTFS格式支持的分區(qū)更大，單文件最大64GB作業(yè)管理用戶要求計算機完成的一個計算任務(wù)或事務(wù)處理稱為一個作業(yè)。為了便于操作系統(tǒng)進行資源分配和作業(yè)調(diào)度，通常把一個作業(yè)分成若干個順序處理的相對獨立的工作，即作業(yè)步。在操作系統(tǒng)中，為了合理、有效地調(diào)度用戶作業(yè)，通常將用戶作業(yè)分為兩大類型：批處理作業(yè)和交互式作業(yè)，并對它們采用不同的作業(yè)控制方式，即批處理方式和交互方式。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)432023/2/6第2章操作系統(tǒng)442.3典型操作系統(tǒng)1、DOS2、MicrosoftWindows系列3、MacOS4、Unix和Linux5、手持設(shè)備操作系統(tǒng)2023/2/6第2章操作系統(tǒng)45DOSDOS（DiskOperationSystem）代表磁盤操作系統(tǒng)。DOS是基于命令行界面的一種單用戶、單任務(wù)的個人計算機操作系統(tǒng)?，F(xiàn)在部分DOS仍然存在于現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，因為它為Windows的3.1、95、98和Me版本提供了部分的操作系統(tǒng)內(nèi)核。可以使用Windows“開始”菜單中的“命令提示符”來啟動基于字符界面的DOS或者運行下輸入cmd。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)46Windows系列Windows是Microsoft公司為高檔PC（32位機）開發(fā)的一個個人計算機操作系統(tǒng)。Windows是一個單用戶、多任務(wù)的圖形用戶界面的操作系統(tǒng)。從一開始Windows操作系統(tǒng)就是為使用Intel或與Intel兼容的微處理器的計算機設(shè)計的。隨著芯片體系結(jié)構(gòu)發(fā)展到64位，Windows也發(fā)展了很多版本。Windows98、Windows2000、WindowsXP、WindowsVista、Windows7等。2023/2/6第2章操作系統(tǒng)47MacOSMacOS是在蘋果公司的PowerMacintosh機及Macintosh一族計算機上使用的操作系統(tǒng)，是基于Unix內(nèi)核的圖形化操作系統(tǒng)，一般情況下在普通pc上無法安裝。它是最早研制成功并推向市場的基于圖形用戶界面的操作系統(tǒng)，具有較強的圖形處理能力，廣泛用于桌面出版和多媒體應(yīng)用等領(lǐng)域。MacOS是首個在商用領(lǐng)域成功的圖形用戶界面。現(xiàn)行的最新的系統(tǒng)版本是MacOSX10.6.x版。較少受到病毒襲擊。2023/