第3章 操作系统基础

第3章操作系统基础,第3章操作系统简介主要内容,3.1操作系统的概念,3.1.1操作系统的定义操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，为其他应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，提供各种形式的用户界面，使用户有一个良好的工作环境，为其他软件的开发提供必要的服务和相应的接口。,3.1操作系统的概念,3.1计算机系统层次结构图,3.1操作系统的概念,操作系统是计算机系统的资源管理者，由图3.1所示的计算机系统层次结构图可以看出，操作系统的主要任务有：管理计算机系统的全部软、硬件资源。为用户使用计算机提供友好和方便的接口。最大限度地发挥整个计算机系统的效率。目前流行的现代操作系统主要有Android、BSD、iOS、Linux、Android、WindowsPhone和z/OS等，除了Windows和z/OS等少数操作系统，大部分操作系统都为类Unix操作系统。,3.2操作系统的功能,1.处理器管理处理器管理最基本功能是处理中断事件；其次是处理器调度。2.存储器管理主要任务是为多道程序的运行提供良好。3.设备管理负责管理各类外围设备，包括分配、启动和故障处理等。,3.2操作系统的功能,4.文件管理文件管理是指操作系统对信息资源的管理。5.作业管理包括作业输入、作业调度和作业控制。,3.2操作系统的功能,3.1.3操作系统的分类1.批处理操作系统用户将作业交给系统操作员，系统操作员将许多用户的作业组成一批作业，之后输入到计算机中，在系统中形成一个自动转接并且连续的作业流，然后启动操作系统，系统自动、依次执行每个作业，最后由操作员将作业结果交给用户。2.分时操作系统一台主机连接若干个终端，每个终端有一个用户在使用。用户交互式地向系统提出处理命令，系统接受每个用户的命令，采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。3.实时操作系统指使计算机能及时响应外部事件的请求，在规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致工作的操作系统,3.2操作系统的功能,4.网络操作系统网络操作系统是基于计算机网络的操作系统，是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件，包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用，其目标是相互通信及资源共享。5.分布式操作系统分布式系统可以将一个任务分解为若干个可以并行执行的子任务，分布到网络中的不同计算机上并行执行，使系统中的各台计算机相互协作共同完成一个任务，以充分利用网络上计算机的资源优势，并获取极高的运算能力。,3.2用户界面,用户界面（UserInterface,UI）也称使用者界面，是指用来帮助用户与计算机相互通信的软件与硬件的结合，目的在于使得用户能够方便有效地去操作硬件以达成双向交互。用户界面按其发展可分为命令行界面（Command-lineInterace,CLI）和图形用户界面（GraphicalUserInterface,GUI）两种。,3.2用户界面,图3.2命令行界面,3.2用户界面,图3.3Windows操作系统图形用户界面,3.3引导过程,引导（Boot）过程是指从开启计算机直到计算机准备完毕并能接受用户发出的命令，这段时间内发生的一系列事件就称为引导过程。引导过程的主要内容包括下面几个步骤：加电。打开电源开关，给主板和内部风扇供电。启动引导程序。微处理器开始执行存储在ROMBIOS中的引导程序开机自检。计算机对系统的主要部件进行诊断测试。识别外部设备。识别与计算机相连接的外围设备，并检查这些设备的配置情况。加载操作系统。计算机将操作系统文件从硬盘读取到RAM中。检查配置文件，定制操作系统的运行环境。读取配置文件，根据用户的设置对操作系统进行定制。准备读取命令和数据。计算机等待用户输入命令和数据。,3.3引导过程,图3.4计算机引导过程图,3.4常用操作系统简介,3.4.1Windows操作系统(1)Windows1.03.0(2)Windows9X(3)WindowsNT系列,3.4常用操作系统简介,3.4.2UNIX操作系统简介1.UNIX操作系统概述UNIX操作系统，是一个强大的多用户、多任务操作系统，支持多种处理器架构。目前，UNIX操作系统已经广泛移植在微型计算机、小型计算机、工作站、大型计算机和巨型计算机上，成为应用最广、影响最大的操作系统之一。UNIX操作系统基本上用C语言编写，因而易移植和易懂。,3.4常用操作系统简介,2.UNIX操作系统的主要特点(1)精巧的核心与丰富的实用层(2)使用灵活的命令程序设计语言shell(3)树状目录结构(4)良好的移植性,图3.5UNIX操作系统结构图,3.4常用操作系统简介,3.4.3Linux操作系统简介1.Linux操作系统概述Linux操作系统是基于UNIX操作系统发展而来的一种克隆系统，Linux是一套免费使用和自由传播的类UNIX操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。,3.4常用操作系统简介,2.Linux操作系统的主要特点(1)完全免费(2)完全兼容POSIX1.0标准(3)多用户、多任务(4)丰富的网络功能(5)支持多种平台,3.4常用操作系统简介,3.4.4Android操作系统概述Android（安卓）是一个以Linux与JAVA为基础的开源操作系统，主要支持手机与平板设备，图3.6所示为Androdi机器人图标，图3.7为Android4.0操作系统界面。,图3.6Android机器人,图3.7Android4.0操作系统界面,3.4常用操作系统简介,Android系统的优势：(1)开放性(2)挣脱运营商的束缚(3)丰富的硬件选择(4)不受任何限制的开发商,3.4常用操作系统简介,3.4.5iOS操作系统简介iOS是苹果公司开发用于智能手机和平板的操作系统。iOS与苹果的MacOSX操作系统一样，它也是以Darwin为基础的，因此同样属于类Unix的商业操作系统。图3.8所示为iOS图标，图3.9为iOS7操作系统界面。,图3.8iOS图标,图3.9iOS7操作系统界面,3.5文件管理,3.5.1文件名和文件类型为了区分不同的文件，必须给每个文件命名，计算机对文件实行按名存取的操作方式。在保存文件时，必须提供符合特定规则的有效文件名，这些特定的规则称为文件命名规范。Windows操作系统文件名主要命名规范如下：(1)文件名最长可以使用255个字符。(2)可以使用扩展名，扩展名用来表示文件类型，也可以使用多间隔符的扩展名。如win.x32.doc是一个合法的文件名，但其文件类型由最后一个扩展名决定。(3)文件名中允许使用空格，但不允许使用下列字符（英文输入状态）：/:“*?。(4)不区分英文字母大小写，如文件名“wj”和文件名“WJ”是一样的。,3.5文件管理,3.5.2文件目录和文件夹一个计算机系统中有成千上万个文件，为了便于对文件进行存取和管理，计算机系统建立文件的索引，即文件名和文件物理位置之间的映射关系，这种文件的索引称为文件目录。文件目录是指为实现“按名存取”必须建立文件名与辅助存储空间中物理地址的对应关系，体现这种对应关系的数据结构称为文件目录。文件目录分为一级目录、二级目录和多级目录。例如“C:Imagenewone.jpg”中，“C：”表示驱动器名称，“Image”表示主文件夹名，“new”表示次文件夹名，“one”代表文件名，“.jpg”代表该文件的扩展名。,3.5文件管理,图3.10Windows7中的多级文件目录,3.5文件管理,3.5.3文件和文件夹管理工具大多数操作系统都提供了文件管理实用程序，它能提供所有存储在磁盘上的文件的总览，并能够协助用户对这些文件进行操作。例如，MacOSX提供了一种叫做Finder的文件管理使用程序；Windows提供了叫做“资源管理器”的文件管理实用程序；Android系统提供了“文件管理”工具供用户使用。在Windows中，使用“计算机”、“资源管理器”、“回收站”和“库”可以方便的进行文件和文件夹管理工作。,3.5文件管理,(1)计算机“计算机”是用来管理磁盘、映射网络驱动器、外围驱动器、文件和文件夹的资源管理工具。通过“计算机”，用户可以轻易地访问、查看和管理几乎所有的计算机资源信息。(2)资源管理器“资源管理器”是Windows系统提供的另一个资源管理工具，可以通过资源管理器查看本地计算机上的所有资源。资源管理器提供的树形文件系统结构，可以使用户更清楚、更直观地认识计算机的文件和文件夹。,3.5文件管理,(3)回收站回收站是Windows操作系统里的一个系统文件夹，主要用来存放用户临时删除的文档资料，存放在回收站里的文件是可以恢复的。回收站是一个特殊的文件夹，默认存在于每个硬盘分区根目录下的RECYCLER文件夹中，而且是隐藏的。当用户将文件删除并移到回收站后，实质上就是把它放到了这个文件夹，仍然占有磁盘空间。只有在回收站里删除它或清空回收站才能使文件真正地删除，为计算机获得更多的磁盘空间。回收站的基本操作包括改变容量、永久删除、文件恢复和清空等。,3.5文件管理,(4)库库是用于管理文档、音乐、图片和其他文件的工具，可以使用与在文件夹中浏览文件相同的方式浏览文件，也可以查看按属性（如日期、类型和作者）排列的文件。Windows操作系统从Windows7开始有“库”，一直延用至目前的Windows10操作系统。,3.5文件管理,图3.13Windows7库,3.5文件管理,3.5.4浏览文件和文件夹使用“排序方式”菜单可以根据用户个人的习惯和需要，显示文件和文件夹。基本的排序方式包括：“名称”、“修改日期”、“类型”和“大小”这几种，用户同时可选择按指定排序方式“递增”还是“递减”排序。对于已经排序好的文件或文件夹，为了方便查看，用户可以选择“查看”菜单，使文件或文件夹按照“平铺”、“超大图标”、“大图标”、“中等图标”、“小图标”、“列表”、“详细信息”等方式进行显示。,3.5文件管理,3.5.5文件和文件夹的常用操作(1)创建新文件和新文件夹(2)压缩/解压缩文件夹(3)复制文件和文件夹(4)移动文件和文件夹(5)重命名文件和文件夹(6)删除文件和文件夹(7)设置文件和文件夹属性,3.5文件管理,3.5.6文件管理技巧使用描述性名称。保留文件扩展名。不要把数据文件和程序文件混杂在一起。不要在根目录下存储文件。删除或归档不需要的文件。明确存储位置。备份。,3.6应用程序管理,3.6.1什么是应用程序应用程序是指为了完成某项或某几项特定任务而被开发运行于操作系统之上的计算机程序。应用程序与应用软件的概念不同，通常应用软件是指程序与相关文档或其他从属物的集合，例如MicrosftOffice、OpenOffice。应用程序指单一可执行文件或单一程序，例如Word、Photoshop。,3.6应用程序管理,3.6.2安装应用程序Windows中安装程序名一般都是setup.exe。只要运行这个程序，就可以把应用程序安装到Windows中。在手持和平板设备操作系统环境中安装应用程序比较简单，安装过程无需处理细节问题，点击安装系统就可以直接完成整个应用程序的安装过程。例如，在Android操作系统中安装“微信.APK”，首先需要将该应用程序拷贝到设备的SD卡中，然后直接点击安装就可以了。,3.6应用程序管理,3.6.3卸载应用程序当一个应用程序不再使用时，可以卸载删除该应用程序。对于任何数字设备来说，经常对一些不用的应用程序进行彻底清理能很好的释放一部分内存资源，这样更有利于操作系统的运行，提高整个设备的运行效率。对于Windows系统而言，卸载应用程序的方法大致分为以下几种：自带卸载程序删除。很多应用程序，自带有反安装程序，找到安装位置，双击即可卸载。控制面板删除。点击“开始菜单”，选择“控制面板”，在“控制面板中”点击“程序和功能”，选择要删除的应用程序就可以完成删除。第三方软件删除。例如，使用Windows优化大师，或者360安全卫士按照提示找到要删除的应用程序卸载即可,3.7存储管理,存储管理的主要功能有：(1)存储分配。按分配策略和分配算法分配主存空间。(2)地址变换。将程序在外存空间中的逻辑地址转换为在内存空间中的物理地址。(3)存储保护。保护各类程序及数据区免遭破坏。(4)存储扩充。解决在小的空间中运行大程序的问题。,3.7存储管理,操作系统怎样对内存进行管理的呢？内存是计算机中最重要的资源之一，微处理器处理的数据和执行的指令都存储在内存中。当用户想要同时运行不止一个程序时，操作系统就不得不在内存中为不同的程序分配出特定的区域，如图3.15所示，操作系统为每一个打开并运行的程序在内存中分配特定的区域，同时操作系统本身也是程序，所以它也需要占用内存中的空间。有时候某个应用请求了内存，但又没有释放分配给它内存，就会导致内存泄漏的情况。,3.7存储管理,图3.15操作系统为不同应用程序分配内存区域示意图,3.8设备管理,设备管理是对计算机输入/输出系统的管理，包括各种系统设备和用户设备，是操作系统中最具多样性和复杂性的部分。设备管理的主要任务有：(1)选择和分配输入/输出设备以进行数据传输操作；(2)控制输入/输出设备和CPU（或内存）之间的数据交换(3)提高设备和设备之间、CPU和设备之间，以及进程和进程之间的并行操作度，以使操作系统获得最佳效率。,3.8设备管理,Windows系统进行设备管理的主要工具是设备管理器。图3.16所示为Windows7系统中的设备管理器。设备管理器可用来管理计算机上的设备，可以使用“设备管理器”查看和更改设备属性、更新设备驱动程序、配置设备设置和卸载设备。设备管理器提供计算机上所安装硬件的图形视图，所有设备都通过一个称为“设备驱动程序”的软件与Windows通信。,3.8设备管理,图3.16Windows7设备管理器,3.9数据备份,数据备份是容灾的基础，是指为防止系统出现操作失误或系统故障导致数据丢失，而将全部或部分数据集合从应用主机的硬盘或阵列复制到其它存储介质的过程。3.9.1数据备份的必要性造成数据丢失和毁坏的原因主要有以下几个方面。数据处理和访问软件平台故障。操作系统的设计漏洞或设计者出于不可告人的目的而人为预置的“黑洞”。系统的硬件故障。人为的操作失误。网络内非法访问者的恶意破坏。网络供电系统故障等。,3.9数据备份,3.9.3Windows备份备份软件是一套用于备份和还原计算机主存储设备上部分或所有文件的实用程序。备份软件通常包括一些选项，这些选项可以简化确定备份周期、定义想要定期进行备份的文件以及自动完成还原过程等任务。图3.17所示为Windows7操作系统自带的备份软件，用户点击“设置备份”即可自动完成备份。,3.9数据备份,图3.17Windows7自带的备份软件,3.9数据备份,在Windows系统中经常需要备份注册表，注册表是一组十分重要的文件，如果注册表被破坏，计算机可能就无法启动、无法执行程序或无法与计算机外围设备进行通信。Windows7中备份注册表的方法如图3.18所示。,3.9数据备份,图3.18Windows7注册表备份过程,3.9数据备份,3.9.4手持设备的备份手持设备通常是通过与桌面计算机或笔记本电脑进行同步来备份的。要进行同步，通常需要把手持设备用USB数据线连接到全尺寸计算机。同步软件会检查两个设备上的文件，并询问用户想要同步哪些文件。iPhone和iPad都是利用iTunes软件同步的，而且用户可以选择为备份加密，以防止用户的数据暴露给未经授权的入侵者。Adroid设备通常未包含备份软件，但用户可以通过在应用商店中选择TitaniumBackup、AstrofileManager和MyBackupPro这样的应用程序进行备份。Adroid设备的备份数据通常会被存储在由备份应用提供商维护的云端，也有某一些备份会存储在SD卡上。,本章小结,操作系统是用户与计算机进行沟通的工具，它是现代计算机必不可少的系统软件。操作系统控制和管理计算机的软、硬件资源，它是计算机软件之首。目前流行的现代操作系统主要有Windows、And