计算机操作系统.ppt

1、计算机技术应用基础,第2章 计算机操作系统,2.1 操作系统的发展简况 2.2 操作系统的主要功能 2.3 Windows系统的使用 2.4 其他操作系统简介,2.1 操作系统的发展简况,2.1.1 无操作系统的计算机系统 2.1.2 单道批处理系统 2.1.3 多道批处理系统 2.1.4 分时系统 2.1.5 实时系统 2.1.6 操作系统的进一步发展,2.1.1 无操作系统的计算机系统,人工操作方式 用户(计算机专业人员)：程序员，又是操作员 编程语言：机器语言 输入输出：纸带或卡片 缺点： 用户独占全机：不出现资源被其他用户占用情况，资源利用率低； CPU等待人工操作：计算前，手工装入纸

2、带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低。,2.1.2 单道批处理系统,单道批处理系统只是OS的前身而并非真正意义上的OS。旨在提高系统资源利用率和系统吞吐量。 主要特征 自动性：自动逐个执行，无须人工干预； 顺序性：按特定的顺序依次执行各作业； 单道性：每次只能执行一道作业。,批处理系统实例,6,2.1.3 多道批处理系统,当一个作业等待I/O操作时，另一个作业可以使用CPU 特征 资源利用率高 平均周转时间长 无交互能力,2.1.4 分时系统,多个用户分享使用同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件资源。 将处理器的时间分成很短的时间片,每个用户依次轮流使用时间片,分时系统

3、的特征,独立性：各用户独立操作 及时性：用户所能接受的等待时间 交互性：人机对话,2.1.5 实时系统,系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。,化学生产反应堆的控制图,2.1.6 操作系统的进一步发展,1、微机操作系统 单用户单任务操作系统：MS-DOS 单用户多任务操作系统：Windows 多用户多任务操作系统：UNIX 2、嵌入式操作系统 实时操作系统 非实时操作系统：PDA、移动电话,手机嵌入式操作系统,Symbian OS：Nokia Linux OS：摩托罗拉V8、诺基亚N900 Windows Mobile OS：多普达

4、Palm OS：Palm Treo600、680,2.2 操作系统的主要功能,2.2.1 处理机管理 2.2.2 存储器管理 2.2.3 设备管理 2.2.4 文件管理 2.2.5 操作系统与用户之间的接口管理,2.2.1 处理机管理,程序：由程序员编写的一组稳定指令，存于外存中 作业：从程序被选中执行到其运行结束并再次成为程序的这段过程中，程序被成为作业 进程：正在执行的程序 线程：进程中的一个实体 例如：当在一台PC上同时用两个不同的QQ号登录时，每一个QQ是一个进程；而当在一个QQ上和多人同时聊天时，每一个聊天窗口就是一个线程。,2、状态图,就绪状态：当进程已分配到除CPU以外的所有必要

5、资源后，只要在获得CPU，便可立即执行；可多个 执行状态：进程已获得CPU，其程序正在执行；单处理机环境下只有1个 阻塞状态：正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态；可多个,进程的状态转换图,阻塞 状态,就绪 状态,I/O 请求,进程 调度,I/O完成,时间 片完,3、调度,作业调度 作业运行状态,外存(盘)交换区,作业后备状 态,作业提交状 态,作业完成状态,终止作业,就绪态,阻塞态,外存,中级调度,三级调度,作业调度：一般用于批处理系统，用于决定把外存上后备队列中哪些作业调入内存，并分配资源、创建进程。 进程调度：决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机。

6、每种类型的OS中，都必须配置进程调度。 中级调度：将那些暂时不能运行的进程从内存中调换至外存上去等待；当这些进程重又具备运行条件且内存又稍有空闲时，由中级调度来决定把外存上的哪些具备运行条件的就绪进程，重新调入内存，并修改其状态为就绪状态，挂在就绪队列上等待进程调度。,4、进程同步,司机与售票员的任务,进程同步,司机与售票员的同步,司机进程： while(true) 询问关门了吗？ 启动车辆 正常驾驶 到站停车 通知售票员开门 ,售票员进程： while(true) 关门 通知司机开车 售票 询问停车了吗？ 开门 ,死锁,多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时

7、，若无外力作用，它们都将无法再向前推进,死锁举例,设系统有一台打印机和一台扫描仪，进程A、B并发执行，在某时刻T，进程A和B分别占用了打印机和扫描仪。在时刻T1(T1T)，A又要申请扫描仪，但扫描仪被B占用，A只有等待。在时刻T2(T2T)，B又申请打印机，但打印机被A占用，B只有等待。,A在干什么？,B在干什么？,产生死锁的必要条件,互斥条件：进程对所分配到的资源进行排它性使用。 请求和保持条件：进程在等待一新资源时继续占有已分配的资源。 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺。 环路等待条件：存在一种进程的循环链，链中的每一个进程已获得的资源同时被链中的下一个进程所请求。

8、,2.2.2 存储器管理,1、连续分配方式 （1） 单一连续分配 （2） 固定分区分配 （3） 动态分区分配,（1）单一连续分配,最简单的一种存储管理方式，但只能用于单用户、单任务的OS中 采用这种存储管理方式时可把内存分为: 系统区：仅提供给OS使用，通常是放在内存的低址部分 用户区：提供给用户使用,操作系统,用户程序,0,a,a+1,n,（2） 固定分区分配,把内存固定地划分为若干个大小相等或不等的区域 分区划分由计算机的操作员或由OS给出，并给出分区使用表,分区大小相等,分区大小不等,固定分区使用表,三个进程A(6K)、B(25K)和C(100K)装入到内存中的情形：,OS,20K,28

9、K,60K,124K,256K,进程A（6K）,2K,进程B（25K）,7K,进程C(100K),32K,已分配,已分配,已分配,(a) 分区说明表,(b)存储空间分配情况,（3）动态分区分配,在作业装入内存时，从可用的内存中划出一块连续的区域分配给它，且分区大小正好等于该作业的大小 解决了固定分区严重浪费内存的问题，是一种较为实用的存储管理方法,作业1申请 32KB,作业2申请 14KB,作业3申请 64KB,作业4申请 100KB,动态分区的分配过程,动态分区的回收过程,2 离散分配方式,1基本分页存储管理方式 2基本分段存储管理方式 3请求分页存储管理方式 4请求分段存储管理方式 5虚拟

10、存储器,（1）基本分页存储管理方式,将一进程逻辑地址空间分成若干大小相等的片，称为页面或页，为各页从0开始编号，页内地址是相对于0编址的。 把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块，称为块或页框， 为它们加以编号，如0块等。 在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。,基本分页存储管理,页表,地址变换,逻辑地址,物理地址,4196,1024*4+100=4196,页表控制寄存器,物理地址=块号*页长+页内地址,（2）基本分段存储管理方式,推动存储管理方式从固定分区动态分区基本分页存储管理，主要动力是提高内存利用率。 引入分段存储管理的主要目的是为了

11、满足用户在编程和使用方面的要求，成为当今其它存储管理方式的基础。 把每个作业的地址空间按照程序的自然逻辑关系分成若干段，每个段有自己的段名。段式存储管理以段为单位进行存储空间分配。,利用段表地址实现映射,（3）请求分页存储管理方式,在进程开始运行之前，不是装入全部页面，而是装入几个或零个页面，之后根据进程运行的需要，动态装入其它页面；当内存空间已满，而又需要装入新的页面时，则根据某种算法淘汰某个页面，以便装入新的页面。,（5）虚拟存储器,假如内存还有400MB，将要运行10个程序，每个程序需100MB 在基本分页分段存储管理方式下，只有4个程序能同时装入内存运行； 而在请求分页分段存储管理方式

12、下，10个程序可以都装入内存同时运行，那么在任一时候10个程序中的400MB在内存中，还有600MB在硬盘上。这里实际上只有400MB内存但却有1000MB的虚拟内存。,2.2.3 设备管理,完成用户进程提出的I/O请求 为用户进程分配其所需的I/O设备 提高CPU和I/O设备的利用率 提高I/O速度 方便用户使用I/O设备 I/O设备的控制方式：程序查询方式、中断方式、DMA方式和通道控制方式,1、程序查询方式,假设幼儿园一个老师带8个小孩子，现在要给每个孩子分3种水果并且要求孩子们把3种水果都吃完，那么她采用什么方法呢？ 方法1： 老师先给孩子甲第一种水果，盯着甲吃完，然后给甲第二种水果，

13、盯着甲吃完，再给甲第三种水果，再盯着甲吃完。接着给孩子乙，其过程与孩子甲完全一样。依次类推，直到第8个孩子全部吃完。这种方法效率太低，重点还在于孩子们吃水果时她一直在守候，什么事也不能干。 程序查询方式与上述这种情况类似，CPU大部分时间在等待，不能处理其他业务。因此当前除单片机外，很少使用程序查询方式。,2、中断方式,方法2：每人发一种水果各自去吃，并约定谁吃完后就向老师举手报告，再发第二种水果，吃完后再举手报告，再发给第三种水果。这种新方法显然提高了工作效率，而且在未接到孩子们吃完水果的报告以前，老师还可以腾出时间给孩子们改作业。 中断方式与上述这种情况类似，节省了CPU宝贵的时间，是管理

14、I/O操作的一个比较有效的方法。中断方式一般适用于随机出现的服务，并且一旦提出要求，应立即执行。同程序查询方式相比，硬件结构相对复杂一些，服务开销时间较大。,3、DMA方式,方法3：进行批处理，每个孩子都拿3种水果各自去吃，都吃完后再向老师报告。显然这种方法工作效率大大提高，老师可以腾出更多的时间改作业。 DMA方式与上述这种情况类似，主要优点是数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问时间的限制。与中断方式相比，需要更多的硬件。DMA方式适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。,4、通道控制方式,方法4：权力下放，把发水果的事交给另一个人分管，只是必要时老师才过问一下。 通道控制方式与

15、上述这种情况类似，大大提高了CPU的工作效率。然而这种提高CPU效率的办法是以花费更多硬件为代价的。通道方式大都用在中、大型计算机中。,2.2.4 文件管理,文件系统：操作系统中实现文件统一管理的一组软件、被管理的文件以及为实施文件管理所需要的一些数据结构的总称，是操作系统中负责存取和管理文件信息的机构。 功能 统一管理文件存储空间，实施存储空间的分配与回收。 确定文件信息的存放位置及存放形式。 实现文件从名字空间到外存地址空间的映射。 有效实现对文件的各种控制操作和存取操作。,2.2.5 操作系统与用户之间的接口管理,命令接口：应用用户 程序接口：应用开发人员,2.3 Windows系统的使

16、用,2.3.1 Windows发展 2.3.2 Windows的基本使用 2.3.3 Windows的控制面板 2.3.4 Windows的实用工具,2.3.1 Windows发展,1985：Windows1.0诞生 1995：Windows 95 2001： Windows XP 2003： Windows Server2003 2007： Windows Vista 2009： Windows 7,2.3.2 Windows的基本使用,1、桌面 2、窗口 3、菜单 4、对话框 5、资源管理器 6、任务管理器,1、桌面,桌面上通常放着一些常用的工具图标：我的电脑、我的文档、网上邻居、回收站、

17、Internet Explorer等。在桌面的下方是任务栏。,2、窗口,窗口之间的切换：【Alt+Tab】 关闭窗口：【Alt+F4】,3、菜单,图2-19 菜单,菜单命令中的符号标记 ：表示选择了该菜单命令，复选标记，可同时选中多个同类菜单命令 ：表示当前选择的是相关菜单组命令中的一个，单选标记，同组其它命令不能同时被选择 ：表示执行该命令将弹出一对话框 ：表示还有下一级菜单 ：表示菜单比较长，不常用的命令被隐藏起来，单击菜单下方的该标记可以显示全部菜单命令 灰色字体：表示该命令当前环境下暂不能使用,4、对话框,5、资源管理器,查找文件 创建桌面快捷方式 修改文件打开方式,6、任务管理器,关

18、闭没有响应的程序 结束进程,2.3.3 Windows的控制面板,1、显示属性 2、文件夹选项 3、区域和语言选项 4、任务栏和开始菜单 5、添加或删除程序,1、显示属性,设置桌面背景图片 设置屏保 设置屏幕分辨率 设置屏幕刷新率,2、文件夹选项,设置浏览文件夹的方式 隐藏文件或文件夹 显示或隐藏文件扩展名,3、区域和语言选项,4、任务栏和开始菜单,减少任务栏上的按钮 设置经典开始菜单,5、添加或删除程序,注意：不能通过直接删除安装程序的文件夹来完成应用程序的删除工作,2.3.4 Windows的实用工具,1、计算器 2、画图 3、记事本和写字板 4、磁盘碎片整理,1、计算器,执行科学计算 执行统计计算,2、画图,创建图片 使用颜色 使用图片 拷屏：【Print Screen】或【Alt+Print Screen】,4、磁盘碎片整理,