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操作系统 西南石油大学计算机科学学院主讲 张耀文 主要内容 操作系统概述操作系统功能WindowsXP 操作系统概述 操作系统是什么 定义 作用 计算机系统中直接控制和管理各种软硬件资源 以方便用户充分而有效地利用这些资源的程序的集合 提供使用接口管理系统资源裸机能力的扩充 裸机 操作系统 Unix Windows 编辑软件 编译软件 系统实用程序 工具软件 游戏软件等 操作系统概述 操作系统的地位 虚拟机 系统软件 应用软件 操作系统概述 操作系统的形成与发展 手工操作系统阶段 1946 50年代中 背景 硬件昂贵 无操作系统 编程语言为机器语言 特点 1 单用户独占全机 CPU使用效率低 计算前 后 用户手工装入 卸取 纸带或卡片 长时间输入输出等待 2 用户既是程序员 又是操作员 操作系统概述 操作系统的形成与发展 第一代操作系统 单任务批处理操作系统 1955年 1962年 通过作业控制语言 JobControlLanguage 使多个程序在计算机上连续运行 典型代表是FMS FORTRANMonitorSystem FORTRAN监控系统 操作系统概述 操作系统的形成与发展 第二代操作系统 多任务多用户操作系统 1962年 1972年 主要特征是采用并发技术 在一个程序进行I O时 CPU可转去执行其他程序 从而使多个程序并发执行 典型代表是1963年由美国麻省理工学院为IBM7094开发的分时操作系统CTSS CompatibleTime SharingSystem 操作系统概述 操作系统的形成与发展 第三代操作系统 结构化与小型化操作系统 70年代 80年代 特征是重视操作系统的结构和功能的精简 典型代表是1969年产生的UNIX操作系统 操作系统概述 操作系统的形成与发展 第四代操作系统 网络和开放系统 并行与分布操作系统 1990年起 特征是 1 并行分布计算和便携网络计算 2 开放系统标准 3 软件工程进一步发展 4 注重人的方便与效率 操作系统概述 操作系统的分类 批处理系统 BatchProcessingOperatingSystem 单道批处理系统 多道批处理系统 操作系统概述 操作系统的分类 作业成批进入系统后备队列 按照一定的策略调度一个作业在系统中运行 特征 内存中只保持一道作业运行 作业完成顺序与其进入内存的顺序直接相关 单道批处理系统 其它 作业成批进入 输入井 输出井 其它 传统方式 低速 高速 单道批处理系统 操作系统概述 操作系统的分类 多道批处理系统 特征作业成批进入系统后备队列按照一定的策略调度多个作业在系统中运行多道批处理对资源利用率的提高提高CPU的利用率提高内存利用率提高I O设备的利用率 其它 作业成批进入 输出井 多道批处理系统 允许若干个作业同时装入主存储器 处理器轮流地执行各个作业 各个作业同时使用各自所需的外围设备 操作系统概述 操作系统的分类 分时操作系统 Time SharingOperatingSystem 解决人机交互 进行及时响应 共享主机 背景 将一台主机和很多终端连接起来 让处理机按固定时间片轮流为各终端服务 由于计算机处理速度快 用户感觉不到等待的时间 时间片中断处理 t 作业1 2 3 1 2 3 实现 操作系统概述 操作系统的分类 实时操作系统 Real TimeOperatingSystem 实时控制系统 用于过程控制 例如 宇航控制 导弹发射 工业控制 铁路运输控制 实时处理系统 对信息进行及时的处理 并且要在严格的时限内处理完接收的事件 例如 利用计算机预订飞机票 火车票或轮船票 图书管理 银行财务等 操作系统概述 操作系统的分类 要求系统响应时间更短 背景 实时操作系统 Real TimeOperatingSystem 多路性 特征 独立性 及时性 交互性 对多路现场采集 对多个对象进行控制 信息的采集和对象的控制操作互不干扰 高于分时系统 一般为秒 毫秒 微妙级 弱于分时系统 用户可访问某些特定的专用服务程序 可靠性 采用多级容错技术保证系统和数据的安全 操作系统概述 操作系统的分类 网络操作系统 NetworkOperatingSystem 是用来管理连接在计算机网络上的多个计算机的操作系统 除了通常操作系统所具有的管理功能外 还必须提供高效 可靠的网络通信以及多种网络服务功能 模式 客户机 服务器模式 C S 对等模式 浏览器 服务器模式 B S 操作系统概述 操作系统的分类 通过网络将大量计算机连接在一起 以获取极高的运算能力 广泛的数据共享以及实现分散资源管理等功能为目的的一种操作系统 分布式系统最基本的特征是处理上的分布即功能和任务的分布 分布式操作系统 DistributedOperatingSystem 操作系统概述 操作系统的分类 运行在嵌入式系统环境中 对各种部件装置等资源进行统一协调 调度 指挥和控制的操作系统 嵌入式OS具有通用OS的基本特点 能够有效管理复杂的系统资源 应用范围广泛 例如 制造工业 过程控制 通讯 仪器 仪表 汽车 船舶 航空 航天 军事装备 消费类产品等方面的应用 嵌入式操作系统 EmbeddedOperatingSystem 操作系统概述 典型操作系统 是美国Microsoft公司为16位字长计算机开发的 基于字符 命令行 方式的单用户 单任务的个人计算机操作系统 它曾经最广泛地应用在PC机 对于计算机的应用普及可以说是功不可没 DOS的特点是用户需要记住若干的命令 运行DOS系统的硬件要求低 但存储能力和功能有限 因为种种原因 现在已被Windows替代 DOS DiskOperatingSystem 操作系统概述 常用操作系统 Windows 视窗 是Microsoft公司开发的一种图形界面的操作系统 使用户对计算机的各种复杂操作只需通过点击鼠标即可轻松地实现 1985年11月推出Windows1 x版本 以后不断改进和完善 陆续推出了一系列的产品 目前Windows操作系统已经发展成为一个大家族 主要分为家用和商用两个系列 是目前最流行的微机操作系统 Windows 操作系统概述 常用操作系统 UNIX操作系统是AT T贝尔实验室在1969年开发的一种通用 交互式 多用户 多任务操作系统 是被业界公认的工业化标准的OS 因其可移植性好 可靠性和安全性强的特点 支持多任务 多处理 多用户 网络管理和网络应用 目前已被移植到数十种硬件平台上 形成了众多的UNIX版本 unix 操作系统概述 常用操作系统 Linux操作系统于1991年由芬兰赫尔辛基大学计算机系学生LinusTorvalds在Intel386PC上开发的 在网上发布后由众多发烧友修改和补充完善 后来由于众多计算机厂商加入开发 使得Linux成为一个功能完善 性能稳定可靠的多用户 多任务网络操作系统 Linux操作系统与UNIX完全兼容 具有UNIX最新的全部功能和特性 它的设计是为了在Intel微处理器上更有效的运行 其最大特点在于它是一个源代码公开的免费操作系统 其内核源代码可以免费传播 目前Linux版本众多 各大厂商利用Linux的核心程序 加上不同外挂程序 形成各种不同的Linux版本 Linux 操作系统概述 常用操作系统 红旗Linux是由中科院软件所和方正公司联合研制 V4 0产品定位是面向办公 上网 教育以及娱乐等需求的桌面普及型OS 中软Linux中软公司研发的Linux2 0具有多种优秀特性 既适合于日常办公又满足家庭娱乐的需求 TurboLinux是国内最早发行的中文Linux版本之一 在高端应用和服务器市场 TurboLinux的服务器版和群集服务器版具有相当大的优势 XteamLinux是冲浪平台公司的产品 其最新研发的Lindows简化了Linux复杂的安装过程 可以从Windows9 x直接进入到Linux BluePointLinux由深圳信科思公司开发 在中文化方面独树一帜 在国内率先推出真正内核汉化的中文LinuxBluePoint1 0 操作系统概述 常用操作系统 1987年 IBM公司在推出PS 2的 但因为缺乏大量应用软件的支持 而没有受到用户的青睐 OS 2 MacOS是在苹果公司推出的 2005年夏季 苹果公司推出了基于 86的MacOS10 4版本 MacOS 处理机管理 操作系统按照一定的调度算法分配处理机作业管理 使用户能有效地组织自己的工作流程 并使整个系统能高效地运行存储器管理 负责分配 回收和保护存储单元设备管理 对设备进行分配 回收与控制文件管理 文件存储空间的分配与回收 文件目录管理 文件读写与保护 操作系统功能 操作系统功能 处理机管理 核心问题 如何把CPU合理地分配给某个需要的程序 并在其用完后予以回收 任务 最大限度地提高处理机的利用率 为了提高系统的资源利用率 CPU将不为某一程序所独占 而是为多道程序共享 问题 最大限度地提高处理机的利用率 为了提高系统的资源利用率 CPU将不为某一程序所独占 而是为多道程序共享 程序在内存中是如何执行的 操作系统功能 处理机管理 a1 5 b1 a1 5 print b1 a3 5 b3 a3 10 print b3 a2 5 b2 a2 6 print b2 I1 C1 P1 程序1 程序2 程序3 I1 C1 P1 I1 C1 P1 程序1 程序2 程序3 程序的顺序执行 处理机管理 I1 输入设备 处理机 打印机 I2 C1 I3 C2 P1 C3 P2 t1 t2 t3 t4 t7 程序按语句顺序执行 t5 t6 t8 P3 t9 I1 P3 输入设备 处理机 打印机 t1 t2 t3 t4 t5 多道程序的并发执行 在多道程序环境下 由于资源竞争和制约 程序失去了固有的特性 封闭性和可再现性 操作系统功能 处理机管理 进程与程序 程序是构成进程的组成部分之一 如果没有程序 进程就失去了存在的价值 进程是资源的分配单位 线程是CPU的调度单位 进程是程序的一次执行过程 由于程序的概念已无法描述程序动态执行过程中的并发活动 1966年美国麻省理工学院J H Sallexer提出了 进程 概念 进程与线程 操作系统功能 作业管理 用户要求计算机完成的一个计算任务称为作业 作业管理包括 作业的输入和输出 作业的调度和作业的控制 作业步是用户要求计算机系统所完成工作的相对独立的步骤 作业 作业步 作业是用户向计算机提交任务的基本单位 计算圆面积 输入圆半径 计算圆半径 计算圆面积 操作系统功能 存储管理 那么 当数据和程序调入内存后计算机如何分配存储空间的呢 多个程序进入内存时 其存储空间又是如何分配的呢 在一个有限的小内存中能否运行一个大程序呢 计算机处理的数据和程序平时是以文件形式存放在外存中 使用时才调入内存 存储管理要解决上面所提到的一类问题 操作系统功能 存储管理 逻辑地址 存储器管理中的几个概念 物理地址 重定位 相对地址 是一种虚拟的地址 是存储单元的地址 也称为绝对地址 将逻辑地址转换为物理地址的过程称为重定位 虚拟存储 为弥补主存储器不足 采用的一种内外存交换技术 即根据程序运行需要 调入要用的内容 置换出不再使用或暂不使用的内容 操作系统功能 存储管理 存储分配 存储器管理的功能 地址变换 存储保护 存储扩充 按分配策略和算法分配主存空间 将程序在外存中的逻辑地址转换为在内存中的物理地址 保护各类程序 系统的 用户的 应用程序的 及数据区免遭破坏 解决在小存储空间中运行大程序的问题 即虚拟存储问题 操作系统功能 存储管理 存储保护 为了确保内存中的各类程序在各自的存储区内独立运行 互不干扰 系统必须提供安全保护功能 操作系统将存储区域划分为 用户区域和系统区域把各类程序使用区域分隔开 使得各类程序之间不可能发生有意或无意的损害行为 从而起到保护作用 系统区域用户区域 操作系统功能 存储管理 存储扩充 扩充主存常用技术 自动覆盖 交换 虚拟存储 自动覆盖技术采用分段方法 将大程序划分为在主存中可以容纳的独立的逻辑段 每次只调入其中一段进行处理 后调入的程序使用前面程序使用过的存储空间 程序i 内存 操作系统功能 存储管理 存储扩充 交换技术是根据需要将运行的程序在内 外存之间进行调入或调出的交换 即把执行了一段时间 因故暂停的进程由系统调出主存 以文件的形式存入外存 而将下一个程序装入主存运行 它是对自动覆盖技术的改进 其目的是更加充分地利用系统各种资源 内 外存储器 CPU等 内存 外存 程序1 OS 请求交换 转外存 交换 其他程序2 其他程序n 装入 操作系统功能 存储管理 虚拟存储器的基本思想是把部分外存空间作为主存使用 以此为用户提供足够大的地址空间 虚存空间 即采用内 外存结合的办法实现 操作系统功能 设备管理 管理各类外部设备 主要完成用户提出的I O请求 加快I O信息的传送速度 发挥I O设备的并行性 提高I O设备的利用率 以及提供每种设备的驱动程序和中断处理程序 向用户屏蔽硬件使用细节等 任务 功能 分配设备 按设备类型和操作系统选用算法分配 包括分配相应的通道 设备控制器 并对未分配到的任务或作业进行排队等 控制和实现输入输出操作 包括通道程序控制 启动设备 及时响应和处理中断信号等 管理输入输出缓冲区 如多个缓冲区的分时以及串并行操作 多个同类设备的均衡工作等 在较大系统中实现虚拟设备技术 操作系统功能 设备管理 设备分类 按传输速度 低速 键盘 鼠标 中速 打印机 高速 磁盘 按信息交换单位 块设备 信息传输以块为单位 字符设备 信息传输以字节为单位 按分配方式 独占设备 打印机 共享设备 磁盘 虚拟设备 将独占设备虚拟为多台虚拟设备 独占设备虚拟为共享设备 文件是存储在一定介质上的一组信息的集合 每个文件必须有一个确定的名字 创建文件的三要素文件名 存放位置 类型 扩展名 文件的命名文件名 扩展名文件的扩展名说明文件所属的类别 例如 EXE可执行文件 DOCWord文档 HTM L 网页文档 SWFFlash动画发布文件 RAR压缩格式文档 JAVAJAVA语言源程序 文件管理 操作系统功能 文件的概念 操作系统功能 文件管理 文件存储空间的管理文件名和存储空间的映射对文件和目录进行管理完成文件的共享和提供安全保护功能提供用户接口 文件管理的任务 操作系统功能 文件管理 文件目录 一级目录 文件1文件2 文件n 二级目录 多级目录 文件夹 磁盘可存放很多不同的文件 为了便于管理 我们一般把文件存放在不同的 文件夹 在磁盘上所有文件夹以父子关系形成的逻辑结构称为树状结构 文件夹的命名规则与文件的命名规则一样 只是文件夹的扩展名不用作类型标识 文件管理 操作系统功能 文件夹 最多可使用256个字符 除开头以外的任何地方都可以有空格 但不能有下列符号 不能利用大小写区分文件名 文件名中可以有多个分隔符 如puter file1 doc 汉字可以是文件名的一部分 每一个汉字代表2个字符 文件管理 操作系统功能 文件和文件夹的命名规则 文件属性 只读 存档 隐藏等 查看属性的方法 在资源管理器窗口 用鼠标右击文件或文件夹 在弹出的快捷菜单中选择 属性 文件管理 操作系统功能 文件和文件夹属性 WindowsXP 简介 WindowsXP是Microsoft公司推出的图形界面操作系统 XP是Experience 体验 的缩写 象征着新版本的Windows将给用户在使用上带来更多的体验 WindowsXP支持多用户管理策略 安全管理 多国语言支持 网络管理和配置等 常见有WindowsXPHomeEdition 家庭用户版 和WindowsXPProfessional 专业用户版 WindowsXP 桌面 桌面 指工作的整个屏幕区域 双击其上的图标即可启动相应的应用程序 打开文件或文件夹 我的电脑 提供给用户使用和管理计算机软 硬件资源的重要工具之一 我的文档 用于存放用户创建和编辑的文档 缺省路径为 安装路径 DocumentandSettings 用户名 MyDocuments 网上邻居 用户可以创建和设置网络连接 以便浏览和共享数据 设备 打印机等网络资源 回收站 用于暂时存放用户删除的文件或文件夹等 按 Shift Del 键则直接删除 WindowsXP 桌面 InternetExplorer 用于快速启动InternetExplorer浏览器 访问Internet上的资源 WindowsXP 任务栏 快速启动按钮 快速启动应用程序 最小化程序窗口按钮 每一个打开的应用程序或窗口在任务栏上都有一个标识按钮 单击这些按钮 可以在应用程序或窗口之间快速地进行切换 最小化程序窗口按钮 以图标的形式显示系统的一些驻留程序 如音量控制指示器 输入法指示器 时钟指示器等 以图标的形式显示系统的一些驻留程序 如音量控制指示器 输入法指示器 时钟指示器等 WindowsXP 开始菜单 经典 开始 菜单 开始 菜单 WindowsXP 设置个性化风格桌面 主题 选项卡 选择桌面的主题 包括背景 屏幕保护程序 图标 窗口等 WindowsXP 设置个性化风格桌面 桌面 选项卡 设置桌面背景 颜色和 自定义桌面 等 WindowsXP 设置个性化风格桌面 屏幕保护程序 选项卡 设置屏幕保护程序和监视器的节能特性等 WindowsXP 设置个性化风格桌面 外观 选项卡 设置桌面各种元素的外观 如字体 颜色 窗口和按钮的样式等 WindowsXP 设置个性化风格桌面 设置 选项卡 设置屏幕分辨率 颜色质量等 WindowsXP 文件管理 文件是计算机中最重要的资源之一 Windows中的大量操作都涉及到对文件的操作 文件和文件夹 文件是计算机在磁盘上存放信息的最小单位 在Windows系统中 文字 数据 图表 图形 图像 声音等