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四川大学计算机基础教学中心,2012年,第3章 操作系统基础,操作系统概述 操作系统的资源管理 操作系统的用户接口,大学计算机基础（第3章）,2,内容要求: 3.1(3.1.1,3.1.3,3.1.5)要求,3.2(3.2.1,3.2.4)要求，3.2.2,3.2.3任务与目的, 3.3自学,教学要求：掌握操作系统的概念、特征、功能，熟悉操 作系统的用户界面，了解常见的操作系统 教学重点：操作系统的概念、功能 教学难点：操作系统的功能,大学计算机基础（第3章）,3,3.1 操作系统概述,3.1.1 操作系统的基本概念 3.1.2 操作系统的形成 3.1.3 操作系统的分类 3.1.4 操作系统的特征,大学计算机基础（第3章）,4,3.1.1 操作系统的基本概念,1. 什么是操作系统（P58）,操作系统是最贴近硬件的系统软件，管理计算机的软硬件资源，并且提供用户和计算机的交互界面，是用户和计算机的接口。,大学计算机基础（第3章）,5,3.1.1 操作系统的基本概念,用户与计算机硬件系统及软件系统的层次关系如下：,大学计算机基础（第3章）,6,3.1.1 操作系统的基本概念,2. 操作系统的作用（P58）,资源管理,服 务,硬件资源,软件资源,大学计算机基础（第3章）,7,3.1.1 操作系统的基本概念,操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源，合理组织计算机工作流程并方便用户使用的程序集合。,掌握,大学计算机基础（第3章）,8,3.1.2 操作系统的形成,1. 人工操作（P59）,机器语言编程,计算机,控制台 （开关启动）,纸带,用户既是程序员又是操作员, 用户独占一台计算机的全部资源； CPU等待人工操作。,特点,大学计算机基础（第3章）,9,3.1.2 操作系统的形成,特点, 共享资源 摆脱人工操作方式。,2. 批处理（P59）,输出,计算机 （主机）,监督程序,操作系统的雏形,程序1,程序2,输入 磁带机,一次装入一个作业,单道批处理,程序1,程序2,大学计算机基础（第3章）,10,3.1.2 操作系统的形成,3. 执行系统（P59）,实现了主机、通道和/设备 的并行操作，提高系统效率,输出,计算机 （主机）,执行系统,程序1,程序2,通道,输入,通道,特点,程序2,程序1,程序3,大学计算机基础（第3章）,11,3.1.2 操作系统的形成,4. 多道批处理系统（P60）,特点, 内存中存放多个作业 微观上则是交替运行 用户无法进行人机交流。,计算机,将多个作业装入内存,程序1,程序2,程序,程序n,输出,输入,采用多道程序设计技术,操作系统控制,特点,大学计算机基础（第3章）,12,3.1.2 操作系统的形成,5. 分时系统（P60）,特点,可进行人机交互,分时系统是指一台主机上连接了多个终端（带有显示器和键盘）用户，同时允许多个用户共享主机中的资源，每个用户都可以通过自己的终端以交互方式使用计算机，好象自己独占机器一样。,采用分时技术,多道批处理系统和分时系统，标志着操作系统的最后形成。,掌握,大学计算机基础（第3章）,13,3.1.3 操作系统的分类,1. 批处理操作系统 （P61）,用户脱机使用计算机,多道性,无交互性,成批处理作业,内存中可同时存放多个作业,成批性,单道批处理,多道批处理,资源利用率高、系统吞吐量大，但无交互能力,大学计算机基础（第3章）,14,3.1.3 操作系统的分类,2. 分时操作系统（P61）,同时允许多个用户交互式的使用计算机,及时性,一台主机同时为多个用户服务,能进行广泛的人机交流,各用户独立工作，互不干扰,交互性,多路性,独立性,按人们能够接受的时间及时响应,大学计算机基础（第3章）,15,3.1.2 操作系统的分类,实时系统的主要特点是提供即时响应和高可靠性。实时系统往往具有一定的专用性。实时操作系统可分为两大类：,以计算机为中心的生产过程系统和武器控制系统。,对信息进行实时处理的系统,3. 实时系统（P61）,实时控制系统,实时信息处理系统,大学计算机基础（第3章）,16,3.1.3 操作系统的分类,多路性,独立性,交互性,以控制对象所能接受的时间及时响应,多路现场信息的采集和对多个对象的控制,独立采集、对象控制、用户独立提出请求,仅限于访问特定的专用程序,任何差错将带来巨大损失,及时性,可靠性,三种基本的操作系统类型 批处理系统、分时系统和实时系统,大学计算机基础（第3章）,17,3.1.3 操作系统的分类,4. 网络操作系统 （P61）,具有普通操作系统的功能,网络通信、管理、服务功能,大学计算机基础（第3章）,18,3.1.3 操作系统的分类,5. 分布式操作系统（P62）,一个全局文件系统,统一的管理和控制机构,单一的、全局的进程通信机制,全局的保护机制,大学计算机基础（第3章）,19,6. 其它分类（P62）,3.1.3 操作系统的分类,大学计算机基础（第3章）,20,单用户系统,处理器,用 户,大学计算机基础（第3章）,21,多用户系统,处理器,我有些事情要求 操作系统先生处理,我有些事情要求 操作系统先生处理,完成用户1 的工作后，可以继续处理用户2 的工作,操作系统将用户1 的工作传递给处理器,操作系统将用户2 的工作放入队列,操作系统,大学计算机基础（第3章）,22,1. 基本特征（4个）（P63）,两个或多个事件在同一时间间隔内发生。,共享系统资源（互斥共享，同时共享）,通过虚拟技术，将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。,在多道程序的环境下，每个程序不知何时执行、何时暂停，即它们以不可预知的速度向前推进。,并发,共享,异步,虚拟,3.1.4 操作系统的特征,大学计算机基础（第3章）,23,2. 关系,并发性和共享性是操作系统最基本的特征,并发与共享互为条件；,虚拟以并发和共享为前提；,异步性是并发和共享的必然结果。,3.1.4 操作系统的特征,大学计算机基础（第3章）,24,3.1.5 常见操作系统简介,多用户多任务,大学计算机基础（第3章）,25,3.2 操作系统的资源管理,3.2.1 处理机管理 3.2.2 存储器管理 3.2.3 设备管理 3.2.4 文件管理,大学计算机基础（第3章）,26,3.2.1 处理机管理,1. 程序的执行（P65）,输入A,计算A,输出A,输入B,计算B,输出B,顺序性,封闭性,可再现性,单道程序的执行,大学计算机基础（第3章）,27,3.2.1 处理机管理,程序与计算不再一一对应,程序之间可能产生相互制约,失去封闭性和再现性,输入A,输入B,多道程序的执行,大学计算机基础（第3章）,28,大学计算机基础（第3章）,29,多道程序原理示意图,CPU,调度,C道程序,E道程序,D道程序,存储器,I/O,I/O,I/O,大学计算机基础（第3章）,30,3.2.1 处理机管理,2. 进程的引入（P66）,为了适应并发执行环境的特点，简化操作系统的设计，适应程序一次执行这一动态计算的概念，操作系统引入了进程这一实体作为操作系统管理、资源分配及调度执行的基本单位。,进程（Process）是程序在一个数据集合上的一次执行过程，它可以与其它程序并发执行。,大学计算机基础（第3章）,31,3.2.1 处理机管理,3. 进程的特征（4个）（P67）,动态性,并发性,独立性,异步性,程序的一次执行过程。,并发是引入进程的目的。,独立运行、调度、获取资源的基本单位。,各进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。,大学计算机基础（第3章）,32,3.2.1 处理机管理,4. 进程与程序（P67）,同一程序它将属于若干个不同的进程；,进程是动态的，而程序则是静态的。,同一进程可能对应多个程序 。,大学计算机基础（第3章）,33,3.2.1 处理机管理,Ctrl+ Alt+Del,4个程序,同一个程序notepad.exe， 对应的3个进程。,大学计算机基础（第3章）,34,3.2.1 处理机管理,5. 进程的状态（3种）（P68）,运行态,就绪态,等待态,进程已获得了CPU并正在被运行的一种状态,进程获得了除CPU以外的所有必要的资源,因某种原因，不具备运行的条件时而暂停执行,等待,就绪,运行,时间片完,等待I/O操作或其它事件,I/O或其它事件完成,状态的变迁,大学计算机基础（第3章）,35,3.2.1 处理机管理,6. 进程的控制（P68）,7. 进程的调度（P69）,创 建,撤 消,状态转换,按照某一原则（调度算法），从就绪队列中选择一个进程，然后把处理机分配给它，实现就绪态转换为运行态。,优先级法,时间片轮换法,先进先出法,大学计算机基础（第3章）,36,3.2.2 存储器管理,存储管理是对内存（用户区）的管理。提高内存空间的利用率，为用户提供方便、安全的存储空间。,目的任务（P69）,分配回收内存空间,实现地址的转换,确保程序运行,扩充内存空间,大学计算机基础（第3章）,37,3.2.3 设备管理,目的任务（P71）,设备分配,设备处理,设备管理是对外部设备的管理。使整个计算机系统获得最佳效率。同时，为用户使用I/O设备提供方便。,缓冲管理,方便用户使用外设,大学计算机基础（第3章）,38,3.2.4 文件管理,文件管理是对外存器中软件资源的管理。对文件、目录和文件存储空间进行管理，方便用户的使用，提高外存储器空间的利用率。,1. 目的任务（P73）,方便用户对文件进行存取,文件的共享与保护,文件存储空间的管理,具有文件名的一组相关信息集合（程序、数据等）。,2. 文件（P74）,大学计算机基础（第3章）,39,文件名,文件名格式,盘符 路径,文件主名, 扩展名,C: XY T1 . EXE,T1 . EXE,T1,3.2.4 文件管理,取名注意,DOS允许的特殊字符,$ # % ! ( ) _ ,/ : “ ” |,Windows不允许的字符,大学计算机基础（第3章）,40,3.2.4 文件管理,扩展名,一般用于反映文件的类型。,可执行程序,EXE、COM,可执行的程序文件,源程序文件,C、CPP、BAS,程序设计语言的源程序文件,文本文档,DOC、TXT,Word、 “写字板”创建的文档,流媒体文件,WMV、RM、QT,流式媒体文件,压缩文件,ZIP、RAR,压缩文件,常用的文件扩展名 （P75）表3-2,大学计算机基础（第3章）,41,3.2.4 文件管理,*,* ：只能出现一次 ？：能出现多次,例: 磁盘上有如下文件 ABCD.XYZ CBCD.XYZ ABTTS. BAS TEXTS.TXT,1. ?B?D.XYZ,3. *.TXT,4. *.*,2. AB*.*,ABCD.XYZ CBCD.XYZ,ABCD.XYZ ABTTS.BAS,TEXTS.TXT,所有文件,通配任何一个字符串,通配任何一个字符,？,通配符,大学计算机基础（第3章）,42,3.2.4 文件管理,文件的分类,大学计算机基础（第3章）,43,3.2.4 文件管理,文件的属性,Word文档文件,程序文件,大学计算机基础（第3章）,44,3.2.4 文件管理,文件的组织形式,实际存储方式,文件的结构与存取方式,逻辑结构,物理结构,记录式,字符流式,顺序结构,链接结构,索引结构,顺序存取,随机存取,按从前到后的次序依次访问文件。,根据指定的记录号随机地存取文件记录。,大学计算机基础（第3章）,45,3.2.4 文件管理,3. 文件目录（P79）,目录由若干目录项组成。,目录,目录结构是指文件目录的组织方式。,目录结构,一级目录结构,所有的文件登记在一张目录表中,二级目录结构,多级树形目录结构,每一个物理卷建立一个主目录文件，再为每一个用户建立一个用户目录文件,对两级目录的进一步扩展,大学计算机基础（第3章）,46,3.2.4 文件管理,Windows中称为“文件夹”,D:,根目录,一级子目录,二级子目录,文件,图3-13 树形目录结构,大学计算机基础（第3章）,47,3.2.4 文件管理,用路径名来表示文件所处的位置,路 径,绝对路径：根子目录文件,F2.TXT:,根目录,目录与目录、目录与文件的分隔符,相对路径：当前目录文件,D : U S E 2 U S E 21 F2 . TXT,U S E 21 F2 . TXT,大学计算机基础（第3章）,48,3.2.4 文件管理,4. 文件存储空间的管理 （P81）,文件存储设备以块为单位，文件存储空间的管理就是对空闲块的