1、第四章第四章 操作系統基礎操作系統基礎第第4 4章章 操作系統基礎操作系統基礎2/334.1 操作系統概述4.2 操作系統主要功能4.2.1 處理器管理4.2.2 存儲管理4.2.3 作業管理4.2.4 設備管理4.2.5 文件管理4.3 微機操作系統實用技術4.4 常見操作系統4.4.1 典型桌面操作系統4.4.2 網絡操作系統4.4.3 嵌入式操作系統幾個概念解釋現代計算機都要安裝操作系統才能使用未安裝操作系統的計算機叫裸機安裝了操作系統的計算機叫虛擬機或擴展機4.1 操作系統概述4/334.1.1 操作系統的定義4.1.2 操作系統的發展4.1.3 操作系統的功能4.1.4 操作系統的分

2、類4.1.1 操作系統的定義操作系統(Operating System) 管理計算機系統資源并且方便用戶使用計算機系統資源的一組基本程序，是計算機與用戶的界面界面一般有兩種方式：文本界面圖形界面，GUI(Graphics User Interface)4.1.1 操作系統的定義操作系統與其他資源的關系用戶軟件系統軟件與應用軟件操作系統計算機硬件4.1 操作系統概述7/334.1.1 操作系統的定義4.1.2 操作系統的發展4.1.3 操作系統的功能4.1.4 操作系統的分類4.1.2 操作系統的發展8/33手工操作階段批處理操作階段多道程序設計分時系統現代操作系統4.1.2 操作系統的發展手工

3、階段第一代電子計算機，作業、紙帶/卡片手工操作資源獨占手工用時比例不大4.1.2 操作系統的發展批處理操作階段單道批處理和多道批處理單道程序運行：每次只調用一個用戶作業并運行多道程序運行多道：計算機內存中同時存放幾道獨立的程序宏觀上并行：同時進入系統的幾道程序都在運行微觀上串行：程序輪流使用CPU資源4.1.2 操作系統的發展批處理操作階段n多道批處理特點：1）用戶脫機使用計算機系統；2）作業成批處理；3）多道作業同時運行。4.1.2 操作系統的發展分時系統n分時系統將處理機(CPU)的運行時間分成時間片(Time Slice)多個任務輪流分配時間片由批處理發展到分時系統是一個飛躍4.1.2

4、操作系統的發展分時系統13/33分時系統的特點交互性交互性多用戶、多任務同時性多用戶、多任務同時性獨立性獨立性宏觀上并行，微觀上串行“我同時要煮飯、炒菜、洗衣服打掃衛生”淘米下鍋淘米下鍋煮飯中衣入洗衣機衣入洗衣機洗衣中豬蹄入鍋豬蹄入鍋 紅燒中吸塵吸塵吸塵吸塵晾衣晾衣翻豬蹄翻豬蹄紅燒中拖地拖地翻豬蹄翻豬蹄紅燒中4.1.2 操作系統的發展 現代操作系統的特點具有較強的分布式處理能力和網絡通信能力；具有更高的安全性和可靠性；更加符合開放性模型；具有更加友好的用戶界面；出現了各種適合于不同具體應用環境的操作系統，如手機上的操作系統等。4.1 操作系統概述15/334.1.1 操作系統的定義4.1.2

5、操作系統的發展4.1.3 操作系統的功能4.1.4 操作系統的分類4.1.3 操作系統的功能操作系統：管理和控制計算機的系統資源并為用戶提供交互界面一般來說：五大功能處理器管理Processor Management存儲器管理 Memory Management文件管理 File Management作業管理 Job Management1.設備管理 Device Management4.1.3 操作系統的功能操作系統的組成文本界面GUI界面4.1 操作系統概述18/334.1.1 操作系統的定義4.1.2 操作系統的發展4.1.3 操作系統的功能4.1.4 操作系統的分類4.1.4 操作系統

6、的分類按作業處理方式進行分類批處理操作系統分時操作系統實時操作系統按同時使用操作系統的用戶分類單用戶操作系統多用戶操作系統：一般是分時操作系統按應用領域分類專用操作系統、網絡操作系統、微機(桌面)操作系統、嵌入式操作系統、分布式操作系統第4章 操作系統基礎20/334.1 操作系統概述4.2 操作系統主要功能4.2.1 處理器管理4.2.2 存儲管理4.2.3 作業管理4.2.4 設備管理4.2.5 文件管理4.3 微機操作系統實用技術4.4 常見操作系統4.4.1 典型桌面操作系統4.4.2 網絡操作系統4.4.3 嵌入式操作系統操作系統管理功能的目標21/33資源受限的前提下有效利用資源例

7、：大學教室的使用課程性質教師學生時間處理器管理22/33多個任務需要分享CPU的處理，提高利用率操作系統管理處理器的方式批處理分時處理實時處理作業、程序與進程23/33作業：計算機要完成某項任務時所做的工作的集合程序：計算機完成某項任務時所采取的步驟，是一個靜態文件進程：程序的執行過程，是一個開始執行但是還沒有結束的程序的實例。處理器地分配和執行都是以進程為基本單位。進程的描述24/33n進程是一個程序對某個數據集的執行過程，是分配資源的單位。簡單來說，進程就是執行中的程序。n從宏觀上看，CPU可以同時并行處理多個進程；從微觀上看，CPU串行處理每個進程。系統要為每個進程保留狀態變化。n進程的

8、組成（靜態描述）進程控制塊PCB (Process Control Block)程序段數據結構集進程的描述25/33n進程的組成進程控制塊PCB (Process Control Block)：用于存放進程的管理和控制信息，具有每個進程的唯一標識號；一般全部或部分常駐內存，以便于 CPU 隨時調用。程序段：描述進程要完成的功能。數據結構集：是程序在執行時的工作區和操作對象。進程控制26/33目的：控制哪個進程占用CPU的計算資源，達到多個進程高效率的并發執行和資源共享。進程的控制大致有進程的創建，撤銷，阻塞，喚醒。進程的狀態：就緒執行等待等待某事件發生時間片耗盡調度等待的事件發生進程和線程27

9、/33線程：Thread輕量級進程：可以有多個線程，且至少有一個可執行的線程支持多線程的操作系統里，線程變成了系統調度和分派的基本單位。進程線程1線程2線程3進程切換PCB切換線程切換TCB切換代價高代價低進程與程序28/33第4章 操作系統基礎29/334.1 操作系統概述4.2 操作系統原理概述4.2.1 處理器管理4.2.2 存儲管理4.2.3 作業管理4.2.4 設備管理4.2.5 文件管理4.3 微機操作系統實用技術4.4 常見操作系統4.4.1 典型桌面操作系統4.4.2 網絡操作系統4.4.3 嵌入式操作系統存儲器管理（1）30/33n存儲器管理通常指操作系統對主存儲器進行分配和

10、保護管理，使多個用戶、多個進程能夠共享使用有限的主存資源，共享共享主存中的程序和數據。n存儲器管理目的：多進程共享存儲器中的程序和數據。n相關概念：物理地址物理地址：內存中每個存儲單元對應的編號；又稱為絕對地址絕對地址，一般從0開始編號，常用十六進制十六進制數表示。例如，256M內存的物理地址范圍用十六進制表示為0000000000H 4000000000H.n相關概念：物理地址：內存中每個存儲單元對應的編號.邏輯地址邏輯地址：用戶進行程序設計時不知道程序在內存中的位置，編譯器在編譯程序時都以“0”為基址存放程序指令和數據。這些指令和數據的地址被稱為邏輯地址，也稱為相對地址相對地址。地址映射：

11、邏輯地址到物理地址的轉換。存儲器管理（1）31/3302100018000100040008000計算機主存進程1進程2存儲器管理（2）32/33n存儲管理方案單一連續分配：早期計算機系統的應用，一個用戶的作業獨占整個內存資源。分區分配：將內存中用戶可以使用的地址空間劃分為若干分區，每個分區可以容納一個作業每個分區可以容納一個作業：即用戶作業占用一個連續區域，無法解決存儲擴充問題；再分配時會產生內存碎片內存碎片。分頁存儲管理：以頁面為單位分配內存，將內存分成若干個相同大小的頁面，其大小可隨意指定。用戶作業可以占用多個不連續的頁面，可以解決內存碎片問題可以解決內存碎片問題。請求分頁存儲管理：以分

12、頁存儲管理方案為基礎；當需要某個頁面時可以根據請求裝入，可允許用戶作業部分裝入部分裝入內存以緩解內存不足。分段式頁面管理：將一個用戶作業按其邏輯結構劃分為若干劃分為若干段段存入內存；當訪問某一段不在內存時通過中斷中斷將該段裝入。 存儲器管理（2）33/33存儲管理方案段頁式存儲管理：段頁式存儲管理：虛擬內存技術：在硬盤上開辟臨時存儲器來模擬主存儲器，用來存放暫時不運行的程序和數據。主存儲器計算機外存主存儲器存儲器分塊方式存儲器分塊方式程序程序分塊方式程序分塊方式+ +第4章 操作系統基礎34/334.1 操作系統概述4.2 操作系統主要功能4.2.1 處理器管理4.2.2 存儲管理4.2.3

13、作業管理4.2.4 設備管理4.2.5 文件管理4.3 微機操作系統實用技術4.4 常見操作系統4.4.1 典型桌面操作系統4.4.2 網絡操作系統4.4.3 嵌入式操作系統作業管理35/33作業管理 作業調度不同的操作系統，處理機對作業的調度策略是不同的多通道批處理系統（家務勞動）吸塵、拖地、洗衣、煮飯、紅燒豬蹄淘米下鍋淘米下鍋煮飯中衣入洗衣機衣入洗衣機洗衣中豬蹄入鍋豬蹄入鍋紅燒中吸塵吸塵吸塵吸塵晾衣晾衣翻豬蹄翻豬蹄紅燒中拖地拖地翻豬蹄翻豬蹄紅燒中作業管理作業：用戶在一次計算過程中或一個事務處理中要求計算機系統所要完成工作的集合。一個作業由用戶程序、數據以及作業說明書用戶程序、數據以及作業說

14、明書三部分組成。作業與進程的關系：一個作業由多個進程組成，且至少有一個進程，反之不成立。第4章 操作系統基礎37/334.1 操作系統概述4.2 操作系統主要功能4.2.1 處理器管理4.2.2 存儲管理4.2.3 作業管理4.2.4 設備管理4.2.5 文件管理4.3 微機操作系統實用技術4.4 常見操作系統4.4.1 典型桌面操作系統4.4.2 網絡操作系統4.4.3 嵌入式操作系統設備管理外部設備：計算機系統不包括CPU、內存的硬件資源設備管理的目的：屏蔽設備具體細節設備管理的兩層結構物理設備設備驅動程序I/O控制系統邏輯設備表用戶程序設備管理設備管理設備管理輸入輸出控制系統：邏輯設備與

15、物理設備的轉換關系。邏輯設備表。設備驅動程序，控制設備控制器，完成具體輸入輸出操作。硬件與操作系統的接口。輸入輸出控制方式程序直接控制終端控制直接存取方式通道控制Windows設備管理第4章 操作系統基礎41/334.1 操作系統概述4.2 操作系統主要功能4.2.1 處理器管理4.2.2 存儲管理4.2.3 作業管理4.2.4 設備管理4.2.5 文件管理4.3 微機操作系統實用技術4.4 常見操作系統4.4.1 典型桌面操作系統4.4.2 網絡操作系統4.4.3 嵌入式操作系統文件管理文件概念42/33文件：按一定格式組織的程序或者數據的集合，并有一個標識名稱文件名： “主文件名.擴展名”

16、主文件名，一般由數字、字母或下劃線組成。擴展名，一般說明文件的性質，該類文件英文說明的縮寫表示Windows、DOS系統文件名不區分大小寫；UNIX、LINUX系統文件名區分大小寫Windows系統文件名不可使用的字符包括 / : “ * ? | 文件管理文件概念43/33文件名： “主文件名.擴展名”通配符 * 和 ？* 匹配0-n個字符? 匹配1個字符*.*所有文件A*.TXT主文件名為A開頭、擴展名為TXT的所有文件ABA?.*主文件名為ABA打頭、不超過四個字符的所有文件?A*.*代表主文件名第二個字符為A的所有文件（包括任何擴展名和無擴展名的文件）?.?主文件名和擴展文件名都不超過3

17、個字符的所有文件文件類型文件類型擴展名擴展名可執行文件可執行文件.EXE（可執行文件） EXEcutiveEXEcutive .COM（命令文件） COMmandCOMmand.BAT（批處理文件） BATch processBATch process文本文檔文本文檔.TXT（文本文件） TeXTTeXT.DOC（Word文檔文件） DOCumentDOCument源程序文件源程序文件 .CPP（C Plus PlusC Plus Plus語言, C+） .ASM（匯編源程序）.java（JavaJava源程序）圖片文件圖片文件.BMP BitMaPBitMaP.PNG Portable Ne

18、twork GraphPortable Network Graph音頻音頻/ /視頻文件視頻文件.WAV（聲音文件） WAVeWAVe .MP3（MP3聲音文件） MPeg layer 3MPeg layer 3其他文件其他文件.SYS（系統文件） SYStemSYStem.BAK（備份文件） BAcKupBAcKup.TMP（臨時文件） TeMPoraryTeMPorary44/33文件管理目錄與路徑45/33文件目錄用于組織管理多個文件采用樹形結構根目錄與子目錄樹形目錄的特點同名文件可存在于不同目錄中DOS/WIN下，一個邏輯盤只有一個根目錄，如 C:子目錄命名一般不用擴展名. 與 .“.

19、”，是指本目錄的目錄信息；“.”，指上一級目錄的信息，這兩個目錄項在當前目錄建這兩個目錄項在當前目錄建立時自動建立。立時自動建立。文件管理目錄與路徑文件的路徑絕對路徑與相對路徑絕對路徑是指從根目錄根目錄到指定文件（或目錄）所經過的一組子目錄名的集合。例如在DOS/win系統下，根目錄表示為“”，則文件mydoc.txt的絕對路徑可表示如下： c:tempTXTmydoc.txt相對路徑是指從當前目錄當前目錄到指定文件（或目錄）所經過的一組的子目錄名的集合。例如在unix/Linux操作系統下，當前目錄為/home/user2/dir1/，如果表示目錄/home/user1下的water文件，則

20、用相對路徑表示可為： ././user1/water文件管理文件系統文件系統是操作系統中與文件管理有關的軟件和數據的集合，負責為用戶建立、撤銷、讀寫、修改和復制文件，以及按名存取及存取控制等操作。文件系統主要完成的工作：（1）管理文件存儲空間（2）實現文件名和存儲空間的映射（3）對文件和目錄進行管理（4）完成文件的共享和提供安全保護功能（5）提供用戶友好透明的接口文件管理文件系統48/33文件系統要建立文件與存儲設備的關聯硬盤在使用之前要建立文件系統格式化塊1塊2塊3readme.txt文件管理磁盤分區49/33將磁盤劃分為幾個邏輯塊每塊各有其文件系統，每個盤符對應一個分區。磁盤分區主分區：可

21、以引導操作系統啟動，至少有一個。擴展分區：最多只有一個。最多4個主分區，或3個主分區和一個擴展分區Windows文件與磁盤管理Windows文件與磁盤管理文件和文件夾的屬性類型容量大小占用空間創建時間屬性類型文件或文件夾的大小和占用空間，大小一般不相同最后一個物理塊沒有完全占用，占用空間稍大啟用壓縮存儲，占用空間可能稍小于文件大小第4章 操作系統基礎52/334.1 操作系統概述4.2 操作系統原理概述4.2.1 處理器管理4.2.2 存儲管理4.2.3 作業管理4.2.4 設備管理4.2.5 文件管理4.3 微機操作系統實用技術4.4 常見操作系統4.4.1 典型桌面操作系統4.4.2 網絡

22、操作系統4.4.3 嵌入式操作系統微機操作系統啟動過程53/33開機執行BIOS程序自檢BIOS程序讀取硬盤MBR執行MBRMBR程序讀取活動分區的分區引導記錄執行分區引導記錄分區引導記錄程序執行操作系統引導代碼主引導記錄主引導記錄M Master aster BootBoot RecoRecordrdWindows系統管理與優化系統優化注冊表編輯器 regedit.exe存儲系統中各種軟、硬件的配置和狀態信息磁盤碎片整理工具根鍵含義HKEY_CLASSES_ROOT操作系統及硬件相關的一組公共配置信息，與具體用戶無關。HKEY_CURRENT_USER當前登錄到計算機上的用戶的配置文件。HKEY_CLASSES_ROOT當前已在計算機上注冊的所有com服務器組件和與應用程序相關聯的所有文件擴展名。HKEY_USERS該根鍵下的信息包含了當前計算機上所有用戶的配置文件。HKEY_CURRENT_CONFIG該根鍵下的信息包含了計算機當前的所有硬件配置信息。Windows系統管理與優化系統優化應用程序管理services.msc取消程序的自動啟動功能 msconfig卸載不再使用的應用程序 運行程序自帶的卸載程序使用操作系統自帶的“添加/刪除程序”功能關閉暫時不用的服務（服務管理 service