大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（第六版）課件 04 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

第4章計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)01操作系統(tǒng)概述02常見的操作系統(tǒng)03操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能Contents目錄Windows操作系統(tǒng)0401操作系統(tǒng)概述什么是操作系統(tǒng)？概念：計(jì)算機(jī)軟件（ComputerSoftware）是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序以及程序?qū)崿F(xiàn)和維護(hù)時(shí)所必需的文檔總稱。特征：軟件是用戶與硬件之間的接口，用戶主要通過軟件與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起指揮、管理作用。軟件包括兩部分的內(nèi)容：程序和文檔。程序是計(jì)算機(jī)任務(wù)的處理對象和處理規(guī)則的描述，它是按照一定的設(shè)計(jì)思想、要求、功能和語法規(guī)則編寫的文檔。文檔是指用自然語言和形式化語言所編寫的用來描述程序的內(nèi)容、組成、設(shè)計(jì)、功能、開發(fā)情況、測試結(jié)構(gòu)和使用方法的文字資料和圖表。1計(jì)算機(jī)軟件的概念計(jì)算機(jī)只能運(yùn)行機(jī)器指令，直接用機(jī)器指令編寫的程序稱為機(jī)器語言程序，無須翻譯就可以直接執(zhí)行，也稱為低級語言。用高級語言編寫的程序稱為源程序，把高級語言源程序翻譯成指令代碼序列，此時(shí)的指令代碼序列稱為目標(biāo)程序（ObjectProgram）。計(jì)算機(jī)程序的工作機(jī)制就是用高級語言編寫源程序，通過解釋器或者編譯器，翻譯成機(jī)器可以理解和執(zhí)行的指令代碼，然后在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行。翻譯的方式有兩種：解釋編譯2計(jì)算機(jī)程序的工作機(jī)制將高級語言源程序輸入計(jì)算機(jī)后，翻譯一句，執(zhí)行一句，不產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)程序的翻譯方式稱為解釋方式。按照源程序中語句的動(dòng)態(tài)順序，逐句進(jìn)行分析解釋，并立即執(zhí)行。特點(diǎn)：靈活方便，交互性好，占內(nèi)存空間較少（沒有目標(biāo)程序，因而節(jié)省存儲(chǔ)空間）。不足:占內(nèi)存時(shí)間多，執(zhí)行效率較低。解釋把整個(gè)高級語言源程序輸入計(jì)算機(jī)后，整體翻譯成等價(jià)的目標(biāo)程序，執(zhí)行目標(biāo)程序的翻譯方式稱為編譯方式。這種翻譯軟件稱為“編譯程序”或“編譯器”。特點(diǎn)：目標(biāo)程序經(jīng)過優(yōu)化，執(zhí)行效率高；不足：占內(nèi)存空間多，復(fù)雜性較高。對操作系統(tǒng)具有依賴性。編譯最初的計(jì)算機(jī)沒有操作系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)是一件非常困難的事。而后逐漸產(chǎn)生了操作系統(tǒng)，更好地實(shí)現(xiàn)了程序的共用，以及對計(jì)算機(jī)硬件資源的管理，使人們可以從更高層次對計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，而不用關(guān)心其底層硬件的運(yùn)作。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，軟件分為三類：應(yīng)用軟件、支撐軟件和系統(tǒng)軟件。三類軟件處在不同的層次：最下面是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，是進(jìn)行信息處理的實(shí)際物理裝置；其上第一層是系統(tǒng)軟件，第二層為支撐軟件，最外層為應(yīng)用軟件。3操作系統(tǒng)的產(chǎn)生定義操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS）是硬件與其他軟件系統(tǒng)的接口，也是用戶和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行交流的界面。它在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中具有極其重要的特殊地位。操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源，為用戶提供便捷使用計(jì)算機(jī)的程序集合。4操作系統(tǒng)的定義與類型發(fā)展從開始的公共程序模塊到今天的全方位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，采用不同的處理模式加強(qiáng)系統(tǒng)的功能，特別在人機(jī)交互方面有巨大的進(jìn)展。（1）手工操作階段（2）批處理系統(tǒng)（3）分時(shí)操作系統(tǒng)（4）實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)4操作系統(tǒng)的定義與類型分類（1）按用戶操作界面分類（2）按支持用戶數(shù)分類（3）按運(yùn)行的任務(wù)數(shù)分類（4）按處理器數(shù)目分類（5）按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類（6）按運(yùn)行環(huán)境分類4操作系統(tǒng)的定義與類型特征（1）并發(fā)性（Concurrence）----在計(jì)算機(jī)中（具有多道程序環(huán)境）可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序。（2）共享性（Sharing）----

多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的程序（同時(shí)執(zhí)行）可以共同使用系統(tǒng)的資源。（3）虛擬性（Virtuality）----

虛擬技術(shù)是指把邏輯部件和物理實(shí)體有機(jī)結(jié)合為一體的處理技術(shù)。通過虛擬技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)虛擬處理器、虛擬內(nèi)存、虛擬設(shè)備等。（4）異步性（Asynchronous）----在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，由于資源有限，進(jìn)程的執(zhí)行不是一貫到底，而是走走停停，以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，這就是進(jìn)程的異步性。只要運(yùn)行環(huán)境相同，操作系統(tǒng)必須保證多次運(yùn)行程序都獲得相同的結(jié)果。4操作系統(tǒng)的定義與類型02常見的操作系統(tǒng)介紹常見的幾種操作系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用DOS（DiskOperatingSystem）磁盤操作系統(tǒng)早期曾經(jīng)占領(lǐng)了個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)領(lǐng)域的大部分。MS-DOS6.22版是最后一個(gè)十分完善的DOS版本，眾多的內(nèi)部、外部命令使用戶能夠比較簡單地對計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，其穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性都十分出色。DOS系統(tǒng)不需要十分強(qiáng)大的硬件系統(tǒng)來支持，簡單易學(xué)，但存儲(chǔ)能力有限。MS-DOS系統(tǒng)是配置在PC上的單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)，采用命令行字符界面操作方式，其中的命令（即程序名）一般都是英文單詞或縮寫。其操作命令對格式和語法都有嚴(yán)格的要求。20世紀(jì)90年代中后期，Windows取代了DOS。1

MS-DOS微軟視窗（MicrosoftWindows）是微軟公司推出的一系列操作系統(tǒng)。問世于1985年，起初僅是MS-DOS之下的桌面環(huán)境，后續(xù)版本逐漸發(fā)展成為個(gè)人計(jì)算機(jī)和服務(wù)器用戶的操作系統(tǒng)。Windows操作系統(tǒng)可以在幾種不同類型的平臺(tái)上運(yùn)行，如個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）、服務(wù)器和嵌入式系統(tǒng)等，其中在個(gè)人計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用最為普遍。Windows與PC的處理器始終是相互配套的，處理器（CPU）從16位到64位，Windows也從3.0版升級到Windows10/11，其間經(jīng)歷了10多個(gè)版本，每個(gè)版本還有不同的“版”，如個(gè)人版、專業(yè)版、企業(yè)版等。2020年，全球擁有大約10億的Windows10系統(tǒng)用戶。2021年10月，微軟發(fā)布最新操作系統(tǒng)Windows11。2

WindowsWindows的優(yōu)點(diǎn)：①形象、生動(dòng)的圖形用戶界面。為處理多個(gè)任務(wù)提供了可視化的工作環(huán)境。②多用戶、多任務(wù)。③良好的網(wǎng)絡(luò)支持。④出色的多媒體功能。⑤良好的硬件支持，支持“即插即用”（PlugandPlay）技術(shù)。⑥眾多的應(yīng)用程序。Windows使更多的普通人能夠更方便地使用計(jì)算機(jī)，成為目前裝機(jī)普及率最高的一種操作系統(tǒng)，它對PC時(shí)代的貢獻(xiàn)是無與倫比的。2

WindowsUNIX是一個(gè)強(qiáng)大的多用戶多任務(wù)的分時(shí)操作系統(tǒng)，支持多種處理器架構(gòu)、運(yùn)行可靠穩(wěn)定的操作系統(tǒng)。1969年由貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)。它是全系列通用的操作系統(tǒng)。UNIX不只是一種操作系統(tǒng)的專用名稱，而且成了當(dāng)前開放系統(tǒng)的代名詞。UNIX大大推動(dòng)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及軟件技術(shù)的發(fā)展，它的兩個(gè)發(fā)明者于20世紀(jì)80年代獲得了圖靈獎(jiǎng)。UNIX因其安全可靠、穩(wěn)定高效強(qiáng)大的特點(diǎn)在服務(wù)器領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是面對大型機(jī)和小型機(jī)用戶開發(fā)的，主要面向?qū)I(yè)型高端用戶。UNIX是開源軟件，可在此基礎(chǔ)上開發(fā)出新的自由軟件和商業(yè)軟件UNIX可以穩(wěn)定工作，很少被黑客攻擊。3

UnixLinux也是一款開源軟件、免費(fèi)的類UNIX操作系統(tǒng)。

是基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。基于Linux核心程序，再加上自主開發(fā)的程序就成了各種Linux版本。目前流行的幾種版本有RedHatLinux、SlackwareLinux、DebianLinux、TurboLinux以及國內(nèi)的紅旗Linux、藍(lán)點(diǎn)Linux等。Linux還是一種嵌入式操作系統(tǒng)，可以運(yùn)行在掌上計(jì)算機(jī)、機(jī)頂盒或游戲機(jī)上?；贚inux內(nèi)核的Android操作系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今全球最流行的智能手機(jī)操作系統(tǒng)。Linux具有穩(wěn)定、可靠、安全、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。相對于Windows，Linux的應(yīng)用軟件支持不足，硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序也不足；隨著Linux的發(fā)展，越來越多的軟硬件廠商支持Linux，其應(yīng)用范圍也越來越廣，前景十分光明。4

LinuxMacOS是由蘋果公司（Apple）開發(fā)的一套蘋果Macintosh系列計(jì)算機(jī)上使用的操作系統(tǒng)。具有很強(qiáng)的圖形處理功能，被公認(rèn)為是最好的圖形處理系統(tǒng)，現(xiàn)行較新的系統(tǒng)版本是MacOSXMavericks（v10.9）桌面操作系統(tǒng)。內(nèi)核是基于UNIX基礎(chǔ)之上的，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性都很強(qiáng)。目前MacOSX版本具有很強(qiáng)的向上兼容性和雙啟動(dòng)功能，以及虛擬平臺(tái)技術(shù)。早期MacOS與Windows的軟件和應(yīng)用軟件不兼容，影響了其普及。蘋果公司的軟件和硬件都可自己做，其自身軟硬件的兼容性好，速度、色彩、畫面、安全性等也非常好，廣泛用于桌面出版和多媒體應(yīng)用領(lǐng)域。使蘋果公司聲名鵲起的不是它的Mac計(jì)算機(jī)，而是它的數(shù)碼產(chǎn)品，如平板計(jì)算機(jī)iPad、智能手機(jī)iPhone、音樂播放器iPod等。5

MacOS2021年全球智能手機(jī)出貨量達(dá)13.548億。1．iOS由蘋果公司開發(fā)的手持設(shè)備操作系統(tǒng)。屬于類UNIX的商業(yè)操作系統(tǒng)。2．Android（安卓）是一種以Linux為基礎(chǔ)的開放源代碼的操作系統(tǒng)，主要使用于便攜設(shè)備。3．Harmony（鴻蒙）是一款面向互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的、全新的分布式操作系統(tǒng)。6移動(dòng)設(shè)備操作系統(tǒng)在信息領(lǐng)域，我國一直在不斷發(fā)展，這其中包括了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、智能終端、高端芯片、操作系統(tǒng)等。國產(chǎn)操作系統(tǒng)有代表性的幾家（如深度Linux、紅旗Linux、藍(lán)點(diǎn)Linux、銀河麒麟、中標(biāo)普華Linux、雨林木風(fēng)操作系統(tǒng)YLMFOS、凝思磐石安全操作系統(tǒng)和共創(chuàng)Linux桌面操作系統(tǒng)等），均是以Linux為基礎(chǔ)開發(fā)的操作系統(tǒng)。所有國產(chǎn)操作系統(tǒng)均為免費(fèi)的，具有價(jià)格方面的優(yōu)勢。統(tǒng)信UOS統(tǒng)信軟件技術(shù)有限公司（以下簡稱統(tǒng)信軟件）是以“打造中國操作系統(tǒng)創(chuàng)新生態(tài)”為使命的國內(nèi)基礎(chǔ)軟件公司，由操作系統(tǒng)廠家于2019年聯(lián)合成立。公司專注于操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)軟件的研發(fā)與服務(wù)。2022年3月25日，統(tǒng)信桌面操作系統(tǒng)V20專業(yè)版正式發(fā)布。中國的操作系統(tǒng)03操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能講解操作系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)與基本的系統(tǒng)功能從宏觀上來看，操作系統(tǒng)分為相對穩(wěn)定的內(nèi)核層（Kernel）以及與用戶之間的接口（Shell）兩層。1．操作系統(tǒng)的內(nèi)核操作系統(tǒng)的內(nèi)核程序叫作Kernel，它有一個(gè)操控計(jì)算機(jī)各資源的基本模塊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源的管理，并提供系統(tǒng)服務(wù)和多任務(wù)管理，支持應(yīng)用程序所要求的低級服務(wù)，如內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配和回收、進(jìn)程的時(shí)間片段管理、設(shè)備的輸入/輸出控制管理和文件管理等功能。2．操作系統(tǒng)的用戶接口（用戶界面）用戶通過操作系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)，而操作系統(tǒng)的用戶接口Shell（外殼程序）負(fù)責(zé)接收用戶（包括用戶執(zhí)行的應(yīng)用程序）的操作命令，并將這個(gè)命令解釋后交給內(nèi)核Kernel去執(zhí)行。1操作系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)根據(jù)操作系統(tǒng)的功能組成來看，主要分為4個(gè)模塊：進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理和文件管理模塊，其他模塊作為輔助功能，如圖所示。2操作系統(tǒng)的功能組成進(jìn)程（Processing）是操作系統(tǒng)的重要概念，是指程序的一次執(zhí)行過程，即一個(gè)程序?qū)δ硞€(gè)數(shù)據(jù)集的執(zhí)行過程，這個(gè)程序的執(zhí)行過程是由進(jìn)程管理器按一定的策略和調(diào)度將計(jì)算機(jī)的中央處理器（CPU）分配給進(jìn)程的，由CPU執(zhí)行，因此，進(jìn)程管理也叫作處理器管理。CPU是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中極為重要的資源，管理的目的是使處理器資源得到充分有效的利用，并實(shí)現(xiàn)多任務(wù)管理。程序、作業(yè)和進(jìn)程程序在存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)，是靜止?fàn)顟B(tài)。作業(yè)是用戶向計(jì)算機(jī)提交的任務(wù)，也是要求計(jì)算機(jī)所做工作的集合，是程序的另一個(gè)狀態(tài)，是指程序被選中運(yùn)行直到運(yùn)行結(jié)束的整個(gè)過程。程序進(jìn)入內(nèi)存和CPU中運(yùn)行的過程稱為進(jìn)程，進(jìn)程的運(yùn)行或執(zhí)行是一個(gè)動(dòng)態(tài)狀態(tài)。3進(jìn)程管理如果要程序完成一個(gè)任務(wù)，程序被選中時(shí)就成為作業(yè)，并且處在保持（或稱后備）狀態(tài)，這就是作業(yè)的開始，直到它進(jìn)入內(nèi)存之前都保持這個(gè)狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)存可以整體或者部分地載入這個(gè)程序時(shí)，作業(yè)轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)，并變成進(jìn)程。它在內(nèi)存中保持這個(gè)狀態(tài)直至CPU執(zhí)行它，這時(shí)它轉(zhuǎn)成執(zhí)行狀態(tài)。3進(jìn)程管理程序、作業(yè)和進(jìn)程之間的關(guān)系它們是對同一個(gè)對象在不同時(shí)間段內(nèi)和空間的狀態(tài)進(jìn)行描述。如果說程序是靜態(tài)的，那么進(jìn)程則是動(dòng)態(tài)的，介于它們之間的就是作業(yè)。進(jìn)程的動(dòng)態(tài)性表現(xiàn)在“執(zhí)行”本身，由開始到終止，中途可以暫停。因此，進(jìn)程有生命周期，由“創(chuàng)建”而產(chǎn)生，由“撤銷”而消亡，因擁有處理器而得以運(yùn)行。程序的靜態(tài)性是表現(xiàn)在外存介質(zhì)的存儲(chǔ)。作業(yè)是任務(wù)的開始到結(jié)束的整個(gè)過程。進(jìn)程是競爭計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有限資源的基本單位，進(jìn)程是處理機(jī)調(diào)度的基本單位。因?yàn)橹挥羞M(jìn)程有資格獨(dú)立向系統(tǒng)申請資源并有權(quán)獲得系統(tǒng)提供的服務(wù)，而不是程序。一個(gè)程序可以對應(yīng)多個(gè)進(jìn)程（多次執(zhí)行），即多個(gè)進(jìn)程可執(zhí)行同一程序；一個(gè)進(jìn)程也可以執(zhí)行一個(gè)或幾個(gè)程序。一個(gè)作業(yè)可由多個(gè)進(jìn)程組成，且必須至少由一個(gè)進(jìn)程組成，反過來則不成立?？梢姵绦蚝妥鳂I(yè)與進(jìn)程的關(guān)系都不是一一對應(yīng)的。3進(jìn)程管理進(jìn)程具有動(dòng)態(tài)性、獨(dú)立性、并發(fā)性等特性。進(jìn)程異步性：進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度前進(jìn)，即按異步方式運(yùn)行。內(nèi)存中的一個(gè)進(jìn)程什么時(shí)候被CPU執(zhí)行、執(zhí)行多少時(shí)間都是不可知的，因此操作系統(tǒng)需要負(fù)責(zé)各個(gè)進(jìn)程之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行。進(jìn)程結(jié)構(gòu)：進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊3部分組成。操作系統(tǒng)本身是由若干程序模塊組成的。在對系統(tǒng)資源進(jìn)行管理和對用戶進(jìn)程提供服務(wù)時(shí)，系統(tǒng)程序得到執(zhí)行而產(chǎn)生了一系列的進(jìn)程，這些進(jìn)程稱為系統(tǒng)進(jìn)程。系統(tǒng)進(jìn)程除了擁有某些系統(tǒng)特權(quán)之外，與用戶進(jìn)程沒有什么不同。操作系統(tǒng)以進(jìn)程為單位對處理器（CPU）進(jìn)行管理。3進(jìn)程管理（1）進(jìn)程控制進(jìn)程控制包括創(chuàng)建進(jìn)程、進(jìn)程終止、進(jìn)程阻；塞和進(jìn)程喚醒。正在執(zhí)行的進(jìn)程（執(zhí)行狀態(tài)）面對3種情況：當(dāng)出現(xiàn)某個(gè)事件（如缺少數(shù)據(jù)）時(shí)，操作系統(tǒng)將處理器分配給另一個(gè)就緒進(jìn)程，該進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài)；時(shí)間片正常用完，操作系統(tǒng)將處理器分配給下一個(gè)就緒進(jìn)程并進(jìn)行切換，該進(jìn)程進(jìn)入就緒狀態(tài)；進(jìn)程任務(wù)完成，直接進(jìn)入終止?fàn)顟B(tài)。（2）進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度的目的是為進(jìn)程分配CPU資源。調(diào)度算法是指根據(jù)系統(tǒng)的資源分配策略所規(guī)定的資源分配算法（①先來先服務(wù)；②短作業(yè)進(jìn)程調(diào)度算法；③優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法等）（3）進(jìn)程通信是指進(jìn)程之間的信息交換、高效傳送大量數(shù)據(jù)的一種通信方式。分為共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)以及管道通信系統(tǒng)3種方式。3進(jìn)程管理程序執(zhí)行形成進(jìn)程，如果任務(wù)很大，將進(jìn)程的任務(wù)細(xì)分成子任務(wù)來完成整體任務(wù)，這就是線程--（Threads），進(jìn)程中可獨(dú)立執(zhí)行的子任務(wù)，它是進(jìn)程概念的延伸。為了區(qū)分各個(gè)線程，每個(gè)線程都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，它們共享同樣的代碼和全局?jǐn)?shù)據(jù)。線程與進(jìn)程有許多相似之處，往往把線程又稱為“輕型進(jìn)程”；線程與進(jìn)程的根本區(qū)別是進(jìn)程是資源分配單位，而線程是調(diào)度和執(zhí)行單位?，F(xiàn)代程序特別是網(wǎng)絡(luò)程序往往都比較復(fù)雜，都引入了多線程技術(shù)。多線程技術(shù)具有多方面的優(yōu)越性：①創(chuàng)建速度快、系統(tǒng)開銷小，創(chuàng)建線程不需要另行分配資源。②通信簡潔、信息傳送速度快，線程間通信在統(tǒng)一地址空間進(jìn)行，不需要額外通信機(jī)制。③并行性高，線程獨(dú)立執(zhí)行，能充分利用和發(fā)揮處理器與外圍設(shè)備并行工作的能力。3進(jìn)程管理存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵資源之一。它可分為兩大類：內(nèi)存儲(chǔ)器（簡稱主存）和輔助存儲(chǔ)器（簡稱輔存或外存，如硬盤）。處理器可以直接讀/寫內(nèi)存，但不能直接訪問輔存。而用戶面對的是由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理的內(nèi)、外存組成的整體。操作系統(tǒng)將外存管理歸類到設(shè)備管理模塊。計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間包括系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)，操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理主要是對用戶區(qū)的管理。1．內(nèi)存管理存儲(chǔ)器管理是指操作系統(tǒng)對內(nèi)存儲(chǔ)器的使用情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和記錄，以便動(dòng)態(tài)分配和存儲(chǔ)單元的回收，以及存儲(chǔ)共享與保護(hù)、內(nèi)存擴(kuò)充等管理。存儲(chǔ)管理一般分為單道程序和多道程序。4存儲(chǔ)器管理2．虛擬存儲(chǔ)器當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行的程序所需要的內(nèi)存容量超過系統(tǒng)所提供的內(nèi)存容量時(shí)，就需要內(nèi)存擴(kuò)充，即利用外部存儲(chǔ)器作為內(nèi)存的后援，建立虛擬存儲(chǔ)器。只把作業(yè)中的一部分信息先裝入內(nèi)存運(yùn)行，其余部分暫存輔助存儲(chǔ)器（如硬盤）中的特定空間，按照內(nèi)存的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，當(dāng)作業(yè)執(zhí)行到要用到那些不在內(nèi)存中的信息時(shí)，再從輔助存儲(chǔ)器中特定空間將其讀入內(nèi)存這就是虛擬內(nèi)存技術(shù)。虛擬內(nèi)存技術(shù)不僅可以提高內(nèi)存利用率，而且大于內(nèi)存空間的大作業(yè)也能運(yùn)行，即允許用戶作業(yè)的邏輯地址空間大于實(shí)際內(nèi)存的絕對地址空間。4存儲(chǔ)器管理操作系統(tǒng)的設(shè)備管理是對外圍設(shè)備進(jìn)行區(qū)分并制定不同類別設(shè)備的不同訪問策略，來提高這些設(shè)備的使用效率。設(shè)備管理包括常用的輸入/輸出設(shè)備、外存設(shè)備以及終端設(shè)備等的管理。計(jì)算機(jī)中內(nèi)存和外圍設(shè)備之間信息的傳輸稱為輸入/輸出操作，簡稱為I/O操作。設(shè)備包括設(shè)備本身機(jī)械部分和電子控制器部分?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備管理的任務(wù)就是監(jiān)視這些設(shè)備資源的使用情況，根據(jù)一定的分配策略，把設(shè)備分配給請求輸入/輸出操作的程序，并啟動(dòng)設(shè)備完成所需的操作。設(shè)備管理的設(shè)計(jì)5設(shè)備管理①分層結(jié)構(gòu)將高層次的設(shè)備管理軟件與低層次的硬件設(shè)備隔離開，管理簡單化。高層次的I/O管理程序（設(shè)備獨(dú)立性軟件）只要向用戶提供一個(gè)友好、清晰、規(guī)范的統(tǒng)一接口，就可以使應(yīng)用軟件（用戶）和I/O設(shè)備管理程序，只涉及“虛擬設(shè)備”或抽象設(shè)備。而真實(shí)設(shè)備由硬件生產(chǎn)者開發(fā)并提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。②統(tǒng)一接口由操作系統(tǒng)按設(shè)備類別抽象出通用的接口類型，形成統(tǒng)一的接口或標(biāo)準(zhǔn)框架，每種通用類型都可以是一組標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)（即接口程序），通過這些標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，用戶程序通過I/O管理程序，與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序建立聯(lián)系并訪問設(shè)備。5設(shè)備管理設(shè)備分類----不同設(shè)備，數(shù)據(jù)傳送方式不同，功能和操作也不同。從操作系統(tǒng)來看，其重要特性指標(biāo)有數(shù)據(jù)傳輸速率、方式和共享性等屬性，由此設(shè)備可分為三大類：①按傳輸速度分類：每秒傳輸數(shù)百字節(jié)以下的低速設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、手寫板等輸入/輸出設(shè)備）；每秒傳輸數(shù)千至數(shù)十千字節(jié)的中速設(shè)備（如激光打印機(jī)等）；每秒傳輸數(shù)百千至數(shù)兆字節(jié)的高速設(shè)備（如磁帶機(jī)、磁盤機(jī)和光盤驅(qū)動(dòng)器等）。②按輸入/輸出傳輸方式分類：字符設(shè)備（以字符為單位進(jìn)行輸入和輸出的設(shè)備）和塊設(shè)備（以字符塊為單位進(jìn)行輸入和輸出的設(shè)備）③按設(shè)備的共享屬性分類：獨(dú)占設(shè)備（一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)用戶進(jìn)程訪問的設(shè)備）；共享設(shè)備（一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問的設(shè)備）；虛擬設(shè)備（通過虛擬技術(shù)將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變成多臺(tái)邏輯設(shè)備，供多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用）5設(shè)備管理設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)管理和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的程序，是驅(qū)動(dòng)物理設(shè)備和I/O控制器等直接進(jìn)行I/O操作的子程序的集合。它與設(shè)備和控制器緊密相關(guān)，每個(gè)設(shè)備都有自己的驅(qū)動(dòng)程序。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等，操作系統(tǒng)默認(rèn)自動(dòng)安裝標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，以便用戶使用這些設(shè)備。非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，操作系統(tǒng)統(tǒng)一了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)框架（即接口程序），硬件廠家根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，所有與設(shè)備相關(guān)的操作代碼都在驅(qū)動(dòng)程序中，并隨同設(shè)備一起提交給用戶。因此，添加新設(shè)備，必須安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。①即插即用（PlugandPlay，PnP）②通用即插即用（UPnP）5設(shè)備管理數(shù)據(jù)傳輸控制方式①程序控制：由用戶進(jìn)程來直接控制內(nèi)存或CPU與外圍設(shè)備之間的信息傳送。此方式不能實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外圍設(shè)備的并行工作，系統(tǒng)的效率很低，已很少采用。②中斷控制：進(jìn)程啟動(dòng)I/O操作后，該進(jìn)程放棄CPU，而CPU去做其他工作。可使CPU與I/O設(shè)備并行工作，提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量。適用于打印機(jī)、鍵盤等以字符為單位傳送的字符設(shè)備。③直接存儲(chǔ)訪問：讓外圍設(shè)備和內(nèi)存之間開辟直接的數(shù)據(jù)交換通路，而不用CPU干預(yù)。大大減輕CPU負(fù)擔(dān)，也使外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率大大提高。適用于磁盤等塊設(shè)備的I/O。④通道控制：設(shè)備通道用來控制外圍設(shè)備和內(nèi)存之間進(jìn)行批量數(shù)據(jù)傳輸。通道有自己的簡單的指令系統(tǒng)和執(zhí)行通道程序；I/O通道方式是DMA方式的發(fā)展，可一次完成多個(gè)數(shù)據(jù)塊的讀/寫及有關(guān)的控制和管理，實(shí)現(xiàn)CPU、通道、I/O設(shè)備三者并行操作，提高系統(tǒng)資源利用率。在中、大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，一般采用設(shè)備通道控制外圍設(shè)備的各種I/O操作。5設(shè)備管理設(shè)備分配和其他技術(shù)設(shè)備分配的目的是既要充分發(fā)揮設(shè)備的使用效率，又要安全，避免由于不合理的分配造成進(jìn)程死鎖。①靜態(tài)分配；②動(dòng)態(tài)分配：其他技術(shù)（1）緩沖技術(shù)----由于外圍設(shè)備與CPU速度極不匹配的問題，采用了設(shè)置緩沖區(qū)的方法解決。緩沖是一種暫存技術(shù)，利用某個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，在數(shù)據(jù)的傳輸過程中進(jìn)行暫時(shí)的存儲(chǔ)。（2）中斷技術(shù)----中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行期間，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生任何非尋常的或非預(yù)期的急需處理事件，使得CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的事件處理程序，待處理完畢后又返回原來被中斷處繼續(xù)執(zhí)行或調(diào)度新的進(jìn)程執(zhí)行的過程。（3）虛擬技術(shù)----采用虛擬技術(shù)可以將低速的獨(dú)占設(shè)備虛擬成一種可共享的多臺(tái)邏輯設(shè)備，供多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用，通常把這種經(jīng)過虛擬的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。5設(shè)備管理抽象的、概念化的、易于理解的數(shù)據(jù)組織方式——文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)是指由被管理的文件、操作系統(tǒng)中管理文件的軟件和相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成的系統(tǒng)。文件是具有標(biāo)識(shí)的一組有完整邏輯意義的，并存儲(chǔ)在外存介質(zhì)上數(shù)據(jù)的集合，如源程序、可執(zhí)行程序、文章、信函或報(bào)表、聲音、圖像和視頻等。計(jì)算機(jī)中的所有數(shù)據(jù)都是以文件的方式存放在存儲(chǔ)介質(zhì)上，通過文件名對其進(jìn)行識(shí)別和管理。文件是操作系統(tǒng)用來存儲(chǔ)和管理信息的基本單位。文件和文件系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)有關(guān)，不同操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)也不相同。從操作系統(tǒng)管理資源的角度來看，文件系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：①解決如何組織和管理文件。管理和調(diào)度文件的存儲(chǔ)空間，提供文件的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方法。②實(shí)現(xiàn)文件的“按名存取”操作機(jī)制。用戶按文件名進(jìn)行操作，系統(tǒng)則把文件從標(biāo)識(shí)到實(shí)際存儲(chǔ)地址進(jìn)行映射（即按名存?。?，實(shí)現(xiàn)文件的實(shí)際控制和存取操作。③提供文件共享功能及保護(hù)和安全措施。④實(shí)現(xiàn)用戶要求的各種操作。包括建立文件，撤銷、刪除、復(fù)制、移動(dòng)文件，以及對文件的讀/寫、修改等。6文件管理文件命名文件命名是以字母和數(shù)字的組合唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)文件。不同操作系統(tǒng)的文件命名規(guī)則不同。6文件管理文件屬性與操作文件包括兩部分內(nèi)容：一是文件所包含的數(shù)據(jù)，稱為文件數(shù)據(jù)；二是關(guān)于文件本身的說明信息或?qū)傩孕畔?，稱為文件屬性6文件管理文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和目錄結(jié)構(gòu)文件的結(jié)構(gòu)分為邏輯和物理兩種結(jié)構(gòu)。文件系統(tǒng)就是在用戶的邏輯結(jié)構(gòu)文件和相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備上的物理結(jié)構(gòu)文件之間建立映射關(guān)系。文件系統(tǒng)以“目錄”管理文件，形成一種目錄結(jié)構(gòu)6文件管理文件共享、保護(hù)和保密（1）文件的共享如果一個(gè)文件可以被多個(gè)用戶使用，則稱這個(gè)文件是可以共享的。要達(dá)到文件的共享，主要解決用戶文件和共享文件的連接問題。（2）文件的保護(hù)文件的保護(hù)是為了防止誤操作對文件造成破壞以及未經(jīng)授權(quán)用戶對文件進(jìn)行寫入和更新?？梢圆捎媒⒏北竞投〞r(shí)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的辦法來保護(hù)文件。也可以通過設(shè)置文件的性質(zhì)對文件進(jìn)行保護(hù)。（3）文件的保密要防止系統(tǒng)中的文件被他人竊取、破壞，就必須對文件采取有效的保密措施?？梢酝ㄟ^設(shè)置文件的訪問權(quán)限來對文件實(shí)施保密，如“口令”或“密碼”。也可隱蔽文件目錄，即用戶將需要保密的文件的目錄隱蔽起來，因其他用戶不知道文件名而無法使用。（4）文件的安全文件系統(tǒng)的安全是一個(gè)大多數(shù)用戶關(guān)心而又容易被忽略的問題。為了保護(hù)文件系統(tǒng)，采用的技術(shù)多是使用密碼、設(shè)置存儲(chǔ)權(quán)限，以及建立更復(fù)雜的保護(hù)模型等。但出于安全上的全面考慮，備份是最佳方案，6文件管理04Windows操作系統(tǒng)從系統(tǒng)角度介紹Windows的結(jié)構(gòu)和管理在個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，Windows占有絕對優(yōu)勢和市場份額。微軟公司從1983—1985年推出Windows1.03以來，Windows系統(tǒng)經(jīng)歷了從最初運(yùn)行在DOS下的Windows3.x，到不同時(shí)期風(fēng)靡全球的Windows9x、2000系列、XP、2003、Vista、2008，以及分別在2009年、2013年和2014年發(fā)布的Windows7、Windows8和Windows10，目前在大力推廣和升級到Windows11。當(dāng)今市場上個(gè)人計(jì)算機(jī)使用較多的版本是Windows7和Windows10，Windows市場占有率超過80%。Windows的重要性在于它使得計(jì)算機(jī)的操作、應(yīng)用變得非常容易，非專業(yè)人員也能夠使用計(jì)算機(jī)，使得計(jì)算機(jī)更加普及。Windows基于圖形用戶界面（容器：窗口、對話框；組件：按鈕、滾動(dòng)條、列表框；圖標(biāo)、快捷方式，等等）支持即插即用等，運(yùn)用多種先進(jìn)技術(shù)，如內(nèi)存交換技術(shù)、多線程技術(shù)等。Windows處理多媒體信息，內(nèi)置了多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用戶能夠很容易地使用局域網(wǎng)和因特網(wǎng)。Windows提供了應(yīng)用程序接口（API）、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具，為開發(fā)基于Windows的應(yīng)用程序提供了極大的方便，因此，有極為豐富的各種應(yīng)用系統(tǒng)，這也是Windows得以流行的主要原因。1概述Windows10系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）計(jì)算機(jī)更個(gè)性化（2）搜索更智能（3）簡單更易用（4）占內(nèi)存少，速度更快（5）共享信息更方便（6）數(shù)據(jù)保護(hù)更安全Windows10增加的新功能（1）生物識(shí)別技術(shù)（2）Cortana搜索功能（3）平板模式（4）多桌面和桌面的優(yōu)化應(yīng)用（5）新技術(shù)的融合1概述Windows模型結(jié)構(gòu)也使用了內(nèi)核和外殼結(jié)構(gòu)，與大多數(shù)