第3章 操作系统基础

第3章操作系统基础,什么是操作系统?是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件，是用户与计算机之间的接口（人机界面），称为“OS”。OS是什么：是系统软件（一整套程序组成，如UNIX由上千个模块组成）管什么：控制和管理系统资源（记录和调度）,手工操作阶段（还没有操作系统）上世纪60年代以前，程序员手工操作计算机，装入卡片或纸带，按电钮，查看存储单元等。批量处理阶段为解决手工缓慢的人机问题而提出，去掉了人工干预，实现作业任务的自动过渡。特点：作业之间的转换由一个“批处理监督程序”自动完成，减少每个作业使用计算机的时间，提高作业处理速度，这就是早期的“单道批处理”方式。随着外围设备的发展，后来又出现了“脱机批量处理“，即主机直接与磁盘通信的操作方式。,3.1操作系统概述,3.1.1操作系统的形成和发展,操作系统形成阶段多道程序和分时系统的出现，标志着操作系统的正式形成。-单道批处理中，任意时刻只有一个作业在内存运行；-多道程序中，把若干个作业存放在内存同时执行（但某时刻只能有一个程序占用CPU）。分时系统，在一台计算机上连接n个终端，实现联机交互，完成数据输入、程序控制和程序运行。操作系统标准化阶段计算机硬件的发展带动了软件的发展，20世纪80年代以后，操作系统的发展体现在3个方面：微机计算机操作系统的发展、并行操作系统的发展和操作系统的标准化。,并发性协调多个终端用户同时使用计算机资源，并控制多道程序同时运行。共享性并发使得系统资源不再被某个程序独占，而是共享各种资源。并发性和共享性相辅相成，是操作系统的两个最基本的特征。异步性在多道程序环境下，由于资源有限，程序“走走停停”，以不可预知的速度向前推进，这就是异步性。,3.1.2操作系统的特征,虚拟性通过技术方式将1个物理实体变为N个逻辑对应物。它体现在操作系统的方方面面，如对CPU的分时使用、虚拟存储器等。可重构性可重构性是指为了计算机系统可靠运行而支持的软硬件更变和动态配置的特性。,3.1.2操作系统的特征,3种基本类型：多道批处理、分时、实时操作系统。其他变化类型：网络、分布式、嵌入式操作系统等多道批处理操作系统把多个程序同时加载到内存，当其中正在运行的程序执行I/O操作时，CPU可以继续执行其他的程序，而当外部设备的I/O操作结束后，程序可以继续被执行。,3.1.3操作系统的分类,脱机高效,分时操作系统一台计算机主机连接多台终端，终端用户以交互方式与主机通讯，主机采用“时间片”轮转方式处理服务请求，“分时”地为每个用户服务，所有终端用户轮流享用一个时间片的CPU时间。,重要特征：“同时性”、“独立性”、“及时性”、“交互性”,实时操作系统能及时响应外部事件请求，在规定的短时间内响应，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地运行。实时系统满足了实时控制和实时信息处理领域的需要，其应用十分广泛：-生产过程控制系统-情报检索系统-事务处理系统（银行、票务等领域）特征：-分时-高可靠性-确定的响应时间,典型的实时操作系统有：Unix、Linux、VxWorks、COS等。,一个实际的操作系统如果兼有两者甚至三者的功能，这样的操作系统便称为“通用型”操作系统。,其他操作系统类型除了以上三种基本操作系统类型外，还有以下的操作系统类型是随着技术的进步和社会的需要而发展起来的：-网络操作系统有效地管理计算机网络的资源，并为网络用户提供相互通信、资源共享、系统安全等方便、灵活的网络使用环境。-分布式操作系统管理分布式处理系统资源和控制分布式程序运行。-嵌入式操作系统运行在嵌入式环境中，对整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度和控制。,硬件资源：CPU、主存、外设软件资源：信息资源（如文件）从资源管理的角度来说，操作系统的主要任务是对系统中的硬件和软件资源进行有效的管理和控制，以提高系统资源的利用率。因此，操作系统的主要功能：-处理机（CPU）管理-存储管理-设备管理-文件管理,3.1.4操作系统的资源管理,1.处理机管理程序：程序是指令的有序静态集，可以脱离计算机长期保存，也可以一直不执行。进程：进程是指正在运行的程序，是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位，具有动态性、独立性和并发性。1）进程管理在多道程序/多用户环境下，需要支持多个作业同时运行，就要解决处理机管理问题。这种环境下的处理机的分配和运行都是以“进程”为基本单位的。进程控制实现多道程序并发执行而创建进程，并分配必要的资源。当进程运行结束时撤消进程，回收该进程所占用的资源，同时，控制进程在运行过程中的状态转换。进程同步进程通信进程调度,一个进程并不总占用着CPU，具有多种可能的状态。一般来说一个进程被创建开始，一直到它的生命周期结束为止，最核心的阶段只可能存在三个状态：运行（占用CPU并在运行）就绪（已经具备运行的条件，但CPU正忙于其它进程）阻塞（进程正在等待某种资源或其它进程与之有关的操作）,进程的状态转换,2.存储管理1）是对主存储空间（内存）的管理。2）有效利用内存，提高CPU使用效率。3）依据程序要求按指定算法分配内存、释放回收内存。4）利用虚拟内存技术，实现内存、外存统一管理。3.设备管理1）是对CPU、主存之外的其他所有硬件设备的管理（外设）。2）提供用户和外设的接口。3）利用缓冲技术和虚拟设备技术，尽可能使外设与处理机并行工作，解决快速CPU与慢速外设的矛盾，提高设备效率和利用率。,4.文件管理文件：将“程序”和“数据”以文件的形式存放在外存储器上，并赋予一个名字，称为文件。1）由“文件系统”来完成这一功能。2）文件系统由文件、管理程序和相应的数据结构组成。3）支持文件存储、检索、修改、共享、保护、人机交互界面。,3.2Windows操作系统,Windows操作系统是微软公司推出的多任务、具有图形用户界面（GUI）的操作系统。功能强大、易于操作。是目前微机上广泛使用的操作系统。,发展历程：Windows1.0Windows3.XWindows95Windows98Windows2000WindowsXPWindows7Windows8/8.1Windows10,手工操作阶段（还没有操作系统）上世纪60年代以前，程序员手工操作计算机，装入卡片或纸带，按电钮，查看存储单元等。批量处理阶段为解决手工缓慢的人机问题而提出，去掉了人工干预，实现作业任务的自动过渡。特点：作业之间的转换由一个“批处理监督程序”自动完成，减少每个作业使用计算机的时间，提高作业处理速度，这就是早期的“单道批处理”方式。随着外围设备的发展，后来又出现了“脱机批量处理“，即主机直接与磁盘通信的操作方式。,3.2Windows操作系统,3.2.1桌面,1）Windows的桌面（Desktop），是组织和管理资源的一种有效方式。2）重要概念桌面图标Windows7安装后的初始桌面只有一个“回收站”系统图标“任务栏”“开始”按钮：创建桌面快捷方式,3.2.1桌面,3.2Windows操作系统,Windows窗口的组成,3.2.2Windows窗口,窗口之间的切换单击任务栏上对应窗口的按钮，即可实现窗口的切换。通过键盘上的Alt+Esc或Alt+Tab键来切换窗口。,3.2.2Windows窗口,注意区别：Alt+Esc、Alt+Tab,窗口的最大化、最小化、还原和关闭可以通过鼠标、键盘等方式实现。窗口的移动与大小的改变窗口的排列层叠窗口、堆叠显示窗口、并排显示窗口。,3.2.2Windows窗口,对话框（DialogBox）是允许用户提供更多信息或从几个不同的选项中做出选择的界面元素。对话框实际上也是一种窗口。,3.2.3Windows对话框,菜单（Menu）是Windows应用程序与用户交互的主要方式。三类菜单：开始菜单快捷菜单应用程序菜单,3.2.4Windows菜单,快捷菜单在Windows系统中，当鼠标指向任何一个对象（桌面、文件或文件夹等）时，单击右键就会弹出一个与当前所选对象相关的快捷方式菜单（简称为“快捷菜单”）。,3.2.4Windows菜单,鼠标右击,应用程序菜单打开一个Windows应用程序窗口，通常都有针对该窗口操作的菜单栏，它位于窗口标题栏的下方。,3.2.4Windows菜单,菜单的基本操作使用鼠标使用键盘(组合键、F1等)菜单的组成变灰标记省略标记“”多项选中标记“”单项选中标记“”快捷键标记菜单的分组线,3.2.4Windows菜单,文件（File）是按一定形式组织的一个完整的、有名称的信息集合。文件系统是操作系统对文件和文件夹命名、存储、组织的总体。常见的文件系统有FAT16（FileAllocationTable16，16位文件分配表）FAT32（FileAllocationTable32，32位文件分配表）NTFS（NewTechnologyFileSystem,新技术文件系统）exFAT（ExtendedFileAllocationTable，扩展文件系统，解决FAT32不支持4GB以上文件而推出的适合于闪存（U盘）的文件系统）Windows7支持：FAT32、NTFS、exFAT。,3.3Windows文件管理,3.3.1文件系统,文件的路径文件在目录树上节点位置序列的组合称为文件的路径（path，含盘符）。例如：相对路径指从当前文件夹开始的路径例如，设当前文件夹为“c:windows”(1位置)，则“calc.exe”文件的相对路径为：“system32calc.exe”；如果当前文件夹为“c:windowssystem32”(2位置)，则相对路径为：“calc.exe”。绝对路径指从根文件夹（或根目录）开始的路径例如：c:windowssystem32calc.exe,3.3.1文件系统,文件与文件夹的命名Windows的文件名由文件主名和扩展名两部分组成，中间用一个圆点“”分隔开。主名|（因为它们有特殊含义）,例如：MSDOS.SYS,3.3.1文件系统,文件类型也称文件格式，是指对存储的信息进行的特殊编码方式，可用于识别文件内部储存结构。常见文件类型的扩展名及说明,3.3.1文件系统,Windows资源管理器是进行文件操作的重要工具Windows资源管理器的启动（1）右键单击“开始”菜单按钮（2）单击“开始”菜单按钮，选择“所有程序”|“附件”|“Windows资源管理器”命令,3.3.2文件与文件夹的操作,文件与文件夹的选定及取消单个、连续多个、非连续多个、全部文件与文件夹的创建和重命名文件或文件夹的复制和移动文件的移动Shift(同一逻辑盘上不需要)文件的复制Ctrl(在不同的逻辑盘间不需要),3.3.2文件与文件夹的操作,文件与文件夹的属性属性：只读、隐藏、存档、压缩或加密，以及是否应当索引文件内容以便快速搜索文件的信息。大小、位置、创建日期、文件类型、打开程序、文件和子文件夹数量、最近修改或访问时间。,3.3.2文件与文件夹的操作,文件与文件夹的删除从回收站恢复文件还原文件清理回收站,3.3.2文件与文件夹的操作,文件与文件夹的浏览和查找使用“开始”菜单上的搜索框使用文件夹中的搜索框文件与文件夹的安全保证,3.3.2文件与文件夹的操作,文件夹选项设置“Windows资源管理器”或者“控制面板”窗口，单击“工具”|“文件夹选项”命令，打开“文件夹选项”对话框,3.3.2文件与文件夹的操作,格式化磁盘,3.3.2文件与文件夹的操作,Windows是多任务的操作系统，它的应用程序包括：系统内置应用程序。例如记事本、写字板、画图等；按需安装的应用程序例如Office2010、PhotoShop等,3.4Windows程序管理,启动应用程序使用“开始”菜单启动在“计算机”或“Windows资源管理器”中启动从“运行”对话框启动自动启动切换应用程序ALT+ESC、ALT+TAB任务管理器（任务栏空白处右击或Ctrl+Alt+Del）,3.4.1Windows应用程序的基本操作,关闭应用程序关闭按钮、Alt+F4、“文件”菜单“退出”命令、任务栏应用程序快捷菜单的“关闭”命令安装和卸载应用程序按需安装不再需要即利用“程序和功能”卸载,3.4.1Windows应用程序的基本操作,“命令提示符”窗口“开始”按钮|“所有程序”|“附件”|“命令提示符”命令：,3.4.2MS-DOS应用程序,常用DOS内部命令,进程是由“任务管理器”来管理的。任务管理器有两大功能：显示当前打开的进程、CPU和内存资源消耗情况；强行结束想关闭的任务，迅速结束出错的进程，以免它们影响正常的工作。,3.4.3Windows进程管理,1.查看进程,3.4.3Windows进程管理,启动任务管理器：-任务栏空白处右击-Ctrl+Alt+Del,2.终止进程,Windows系统管理包括系统环境参数的设置以及系统工具的使用，旨在优化系统的性能，提高操作效率。是操作系统“可重构行”的重要体现。,3.5Windows系统管理,是用来进行系统管理和系统环境设置的一个工具集。使用“控制面板”可更改Windows的设置。,3.5Windows系统管理,3.5.1控制面板,启动：单击“开始”|“控制面板”查找控制面板选项：1）使用搜索2）使用浏览3）改变查看方式找到更多小项,Windows操作系统提供了很多实用工具，可以帮助用户优化计算机的性能，解决系统资源不足的问题。磁盘清理删除Internet临时文件删除下载的程序文件清空回收站删除Windows临时文件删除不使用的可选Windows组件删除已安装但不再使用的程序,3.5.2系统工具,磁盘碎片整理计算机磁盘上的文件，并非总是保存在一个连续的磁盘空间上，而是把一个文件分散存放在磁盘的许多地方，这样的分布会浪费磁盘空间、增加文件操作时间