3.2操作系统(1).ppt

1、3.2 计算机操作系统,3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6,什么是操作系统 多任务处理 文件与文件管理 存储管理 设备管理 常用操作系统,3.2.1 什么是操作系统,OS屏蔽了计算机中几乎所 有物理设备的技术细节， 为使用、开发和运行其他 软件提供了一个高效、可 靠的平台。 OS非常庞大和复杂，它由 许多程序模块组成,计算机硬件,虚拟计算机,什么是操作系统(OS)？ 没有安装任何软件的计算机称为裸机, 裸机是无法使用的 操作系统是最重要的一种系统软件，几乎所有计算机都要安 装OS,操作系统的重要作用 三项主要作用： （1）为计算机中运行的程序管理和分配系统中

2、的各 种软硬件资源 （2）为用户提供友善的人机界面（图形用户界面） （3）为开发和运行应用程序提供高效率的平台 其它辅助功能：,- - - -,辅导用户操作（帮助功能） 显示系统状态 处理软硬件错误 保护系统安全,何处,启动,操作系统的启动(boot up),ROM,BIOS,硬盘,RAM, 执 行 引,导 程 序, 执行加电自检程序, 装入引导程序, 装入操作系统 读 出 引,CMOS,导 程 序 ？ 执行自举程序,从, 运 行 操,作 系 统,显示初始界面 CPU,内,存 储,器,处理器,管理,管理,管理,文件系统，网络通信程序 设备驱动程序 其它计算机硬件,应用程序接口(API) 设备

3、文件 存储,管理,窗口,管理,应用,程序1,应用,程序2,应用,程序3,用户,接口外壳,应用,程序k,操作系统运行时内存的态势 用 户,操,作,系,统,正在运行的,应用程序,3.2.1 多任务处理,问题1：如何安装应用程序？,应用程序买来以后或者从网上下载以后，必须使用安装程序 进行安装,安装程序一般称为setup.exe或install.exe，此外还有一个安装 说明(文件名一般称为readme),软件安装时可能需要使用该软件的产品序列号，产品序列号 贴在包装盒上或存放在sn.txt文件中(?),安装程序、安装说明、序列号等通常就包含在该软件的文件 夹中,有些软件安装时会启动一个安装响导(w

4、izard)，用户只要按照 该响导的提示一步一步进行即可,安装成功后，会在开始菜单的“所有程序” 菜单中有一个启动 它运行的选项 (绿色软件),问题2：如何启动运行应用程序？,最基本的方法是从“开始菜单”进行启动,在桌面上双击应用程序的快捷方式图标来启动应用程序（很 多程序在安装后都会将该程序的快捷方式图标放到桌面上以 便经常使用）,最近最常使用的应用程序可使用“开始”菜单左侧的一列程序 按钮进行启动,通过双击需要处理的文档来启动处理该文档的应用程序 通过任务栏中的“快速启动”栏中的按钮进行启动( 有无“快速 启动”栏可以自己设置),在开始菜单的“运行”对话框中输入命令,什么是任务，什么是多任

5、务处理？ “任务”指的是要计算机做的一件事，计算机执行一个任务通 常就对应着运行一个应用程序 “单任务处理”与“多任务处理”,- -,单任务处理：前一个任务完成后才能启动后一个任务的运行，任务是顺 序执行的 多任务处理(Multitasking)：允许计算机同时执行多个任务，任务是并发,执行的 多任务处理举例：,-,编辑PPT讲稿 + 播放音乐 + 收发邮件,多任务处理的优点：,- -,大大提高了用户的工作效率 大大提高了计算机的使用效率,如何知道有哪些任务在运行？,每启动一个应用程序，OS就会 打开一个相应的窗口，通常一 个窗口就是一个任务,每启动一个应用程序，OS就会 在任务栏上显示一个相

6、应的任 务按钮(程序按钮)，通常一个按 钮就是一个任务,窗口可以放大或缩小，甚至可 以“最小化”，但任务的运行不受 其影响,使用“任务管理器”程序可以了解 每个任务的运行情况,什么是前台任务与后台任务？,前台任务：能接受用户输入(击键或按击鼠标)的窗口只能有一 个，称为活动窗口，它所对应的任务称为前台任务 后台任务：除前台任务外，所有其它任务均为后台任务 前台任务与后台任务的区别：,- 前台任务对应的窗口(活动窗口)位于其它窗口的前面 - 活动窗口的标题栏比非活动窗口颜色更深(深蓝色),前台任务与后台任务的共同点：都在计算机中运行 前台任务与后台任务的切换：,- 为了输入信息到某个后台任务中去

7、，必须切换窗口(单击要激活的后台任务,窗口的任何部位, 或单击任务栏中对应的任务按钮）,如何结束任务的运行？,每一个应用程序运行时都要占用大量的系统资源(存储器、 CPU、屏幕等)，所以当不再需要某个应用程序运行时，就应 该退出这个应用程序，释放它所占用的资源,多数应用程序都设计成交互式控制的方式，所以运行完毕后 必须由用户退出该程序。,Windows XP中退出应用程序的几种方法：,- 最快速的方法，是左击应用程序窗口右上角的红色“”按钮,或按下键盘,上的ALT+F4.,- 左击窗口左上角的控制按钮，在弹出菜单中选择“关闭” - 在应用程序的“文件”菜单中，选择“退出” - 通过OS的任务管

8、理器，强迫结束任务,OS如何支持多任务处理？,为什么可以实现多任务处理？,- CPU速度极高，必须并且可以充分发挥CPU的效能 - CPU与I/O(外围设备)的并行工作 - 各个外围设备之间并行工作,实现多任务处理要解决哪些问题？,- CPU如何管理和调度,- 存储器空间如何分配和管理,- I/O设备和I/O操作如何管理和控制,谁来解决上述问题？,- 不是应用程序自己，而是操作系统(OS) !,CPU的管理（处理器管理）,目的：让CPU轮流为所有任务服务 原则：公平性；优先级；负载均衡 方法：,任务2 任务3,任务5 任务4,时间 任务1,- 按时间片轮转（10-20ms为1个时间片 ） -

9、按优先级调度 任 务 时间,Windows中的处理器管理,Windows为了确保每个已经启动的任务都有机会运行，它采 用“抢先式”多任务处理技术：,- 由硬件计时器大约每10-20ms发出1次中断信号，Windows立即暂停 当前正在运行的任务，查看当前所有的任务，选择其中的一个交给 CPU去运行,- 只要时间片结束，不管任务有多重要，也不管它执行到什么地方，正,在执行的任务就会被强行暂时终止,- 上述的任务调度，每秒钟要进行几十次几百次,实际上，操作系统本身的若干程序也是与应用程序同时运行 的，它们一起参与CPU时间的分配。当然，不同程序的重要 性不完全一样，它们获得CPU使用权的优先级也有

10、区别,3.2.3 存储管理和虚拟存储器,操作系统区 用户区,内存储器,系统运行时内存储器的布局 内存储器空间划分为2个部分：系统区和用户区，用户区用来存放正在 运行的应用程序 应用程序1,应用程序2 应用程序3 应用程序4 应用程序5,分析：,- 允许同时运行多少程序？数目有没有限制？ - 程序的大小和数据的规模受不受限制？ - 程序与程序相互之间会不会互相干扰？,每个应用程序 运行时均有属 于它自己的存 储器空间，用 来存储它自己 的程序代码和,数据,“存储管理”需要解决哪些问题？ 1. 为每个任务分配存储空间，任务结束之后收回存储 空间 2. 对存储空间进行保护,- -,保护操作系统所在区

11、域不被应用程序修改 保护每个应用程序的私有区域不被其他程序修改,3. 对存储空间进行扩充，使应用程序的存储空间不受 实际存储容量大小的限制 解决方案虚拟存储器(Virtual Memory),若物理内,已满，需,物理内存,磁盘中的 虚拟内存,虚拟空间中的页面一 部分在物理内存，一 部分在磁盘存储器中 的虚拟内存，它们均 登记在页表中,逻辑 地址 映射 成为 物理 地址,页表,直接 访问,虚拟存储器示意图 程序运行需访问数据时，若其页面在物 理内存，就直接访问内存，取出数据,存 换 出一页 从虚拟内存 读出一页 页面不在 物理内存,若需要访问的数据 其页面不在物理内 存，则就从磁盘中 虚拟内存取

12、出一 页，装入物理内存,虚拟空间,每个程序都在自己的 虚拟空间中工作，虚 拟空间比物理存储器 大得多，它被分成许 多“页”,页面1 页面2 页面3 页面4 页面k,硬盘中专门划出一个“交 换区”，作为物理内存的 补充，称为“虚拟内存”,Windows XP的虚拟存储器,Windows XP操作系统中：,- 虚存空间最大可达到4GB - 页面的大小通常是4KB,- 虚拟内存是系统盘根目录下的一个名为 pagefile.sys的文件，其大小和位置用 户可设置,使用“任务管理器”可以查看：,- 总的物理内存大小 - 可用物理内存大小 - 总的虚拟内存大小,- 可用虚拟内存大小等,3.2.4 文件及其

13、管理,CPU,“文件”概念的由来 外存储器的存取特性：,适合于批量数据的存取， 不适合单个数据存取 外存储器的使用特性： 1 每次从外存读出(或写,入)的对象是一个程序或一个 文档、一张图片、一封邮件、 一首歌曲,2 按对象的名字进行存取,操作，而不是按地址存取,使用“文件”来组织 外存储器中的信息， 并用“文件”作为外 存的存取单位,文件,字,CPU,（按名存取）,（按地址存取）,什么是文件(file) ？ 文件是存储在外存储器中的一组相关信息的集合，例 如：, 一个程序 一只MP3歌曲, 一张数码相片 一封电子邮件,文件是外存中信息的存取(读出/写入)单位 计算机中所有的程序和数据都组织成

14、为文件存放在外 存储器中，并使用其名字进行存取操作,复习：文件名和文件类型,文件的名字由两部分组成：(主文件名) .扩展名,- 主文件名(简称文件名)是文件的主要标识，不可省略 - 文件扩展名(类型名)由“.”加34个英文字母组成, 用于区分文件的类型: 1.程序文件(可执行文件)：.exe .com 文件中包含的是可以由CPU执行的程序的二进制代码 2.数据文件：,纯文本文件(.txt),PDF文件(.pdf), Word文件(.doc),投影片文件(.ppt),数码照片文件(.jpg) MP3音乐文件(.mp3),文件中包含的是由程序处理的数据的二进制代码 - 处理不同类型的数据文件一般需

15、要使用(关联)不同的程序！ - 文件名字使用西文(或中文)字符组成，但不能使用某些特殊字符(如 ？ * :“”等),Windows XP 的文件 允许使用长文件名，即文件名最多可包含255个中文 或西文字符 英文字母的大、小写只在形式上加以区分，实际上 不予区别 （例如： Text.DOC 与 text.doc 是同一个文件）,常用程序文件的扩展名： .exe .com .dll .bat 常用数据文件的扩展名：,Text,Sound,Graphics,File Extension .txt .wav, .mid, .voc .bmp, .pcx, .tif, .wmf, .jpg, .gif

16、 .flc, .fli, .avi, .mpg .html, .htm,动画 视频文件,File Type 文本文件 声音文件 图形、图像文 件 Animation/Video Webdocuments,网页文件,文件的组成和文件说明信息 每一个文件都由2部分组成：,文件内容,文件名等说明信息 文件名和文件扩展名 文件大小(长度) 在磁盘上存放的起始位置,文件时间(创建时间、最近修改 时间、最近访问时间等) 文件创建者 文件属性,系统文件 隐藏文件 存档文件,只读文件 压缩 加密 编制索引,文件在磁盘中如何存储？,磁盘分成两个区域：目录区和数据区,目录实质上是一张“文件名存放位置”的对照表,从

17、磁盘上读出一个文件时，先在目录区中找出该文件的存放位 置，然后再按此位置，从磁盘的数据区中读出该文件内容,目录区，用于存放文 件的目录，即文件说 明信息,文件内容,数据区，用于存放文件的内容,Windows XP 的文件组织 文件目录在Windows中称为文件夹,每个逻辑盘(物理盘或硬盘上的分区)是一个根文件夹 文件夹中既可包含文件，也可包含文件夹 (子文件夹),数据 T1.txt,根文件夹 abc.txt 应用程序 P1.exe Pn.exe,资料 , 概论 ,教案 01.doc,05.pdf,讲稿 02.ppt,子文件夹又可存放文件和子文件夹, 形 成树状多级文件夹结构 根节点和中间节 点

18、都是文件夹,叶节点都是文件,为什么使用多级文件夹？ 1）有利于文件分类存储 2）允许文件同名(在不同 文件夹中时) 3）便于文件共享和保护,Windows XP中文件如何定位？ 计算机中的每个文件都有一个确定的位置 文件的位置由存放文件的逻辑驱动器号、文件路径以及文件 名组成： 驱动器号(盘符) + 文件路径 + 文件名,D:数据概论讲稿02.ppt,概论,讲稿,数据 T1.txt,D盘根目,录 应用程 abc.txt 序 P1.exe Pn.exe,资料,教案,01.do c,05.pdf,02.ppt,从根文件夹到文件所在文件夹所顺序经过 的一串文件夹，其间用“”相互隔开 例 右图中文件0

19、2.ppt的位置是：,文件路径,文件系统需要解决的问题： 1. 有效管理外存储器的存储空间 2. 实现对文件方便而快速的存取操作 3. 对软盘、硬盘、光盘、优盘等不同 外存储器实现统一管理 4. 统一本地文件/远程文件的存取操作 5. 实现文件的安全存取,User 文件系统软件 （外存储设备）,文件管理和文件系统 文件系统是OS的一个组成部分，它负责管理计算机中的 文件，使用户(和程序)能很方便地进行文件的存取操作,3.2.5 设备管理,OS中的“设备管理”程序负责：,- 对系统中的各种输入输出设备进行管理,- 处理用户（或应用程序）的输入/输出请求，方便、有效、,安全地完成输入/输出操作,3.2.6 常用操作系统介绍,操作系统的几种类型,PC机使用的操作系统一般都具有多任务处理功能 网络服务器上安装运行的是“