第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)大學(xué)計算機(jī)高等教育出版社大學(xué)計算機(jī)Contents.目錄第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.1

操作系統(tǒng)概述4.2操作系統(tǒng)的功能4.3

常用操作系統(tǒng)4.1操作系統(tǒng)概述第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.1.1操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)是管理計算機(jī)軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源，控制程序執(zhí)行，合理組織計算機(jī)工作流程，并為用戶使用計算機(jī)提供良好運(yùn)行環(huán)境的一種系統(tǒng)軟件。它不僅是硬件與其他軟件的接口，也是用戶和計算機(jī)之間進(jìn)行交互的界面。第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.1.2操作系統(tǒng)的特點

1.并發(fā)性并發(fā)性是指兩個或兩個以上的事件或活動在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。在操作系統(tǒng)中，并發(fā)性是指計算機(jī)系統(tǒng)中如果存在著多個運(yùn)行的程序（多道程序），操作系統(tǒng)應(yīng)該具有處理和調(diào)度多個程序同時運(yùn)行的能力。4.1操作系統(tǒng)概述第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)2.共享性共享是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程（線程）共同使用，而不是被一個進(jìn)程所獨占，也稱資源共享或資源復(fù)用。（1）互斥共享方式。在一個時間段內(nèi)只允許一個進(jìn)程（線程）訪問的臨界資源或獨占資源。（2）同時訪問方式。系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時間內(nèi)由多個進(jìn)程“同時”對它們進(jìn)行訪問。4.1操作系統(tǒng)概述4.1.1操作系統(tǒng)的特點第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)3.虛擬性虛擬性把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應(yīng)物，或把物理上的多個實體變成邏輯上的一個對應(yīng)物。操作系統(tǒng)的虛擬性提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，使得一臺計算機(jī)可以成為擁有許多真實設(shè)備的多臺邏輯上的虛擬機(jī)，使用戶能夠更加高效地利用系統(tǒng)資源。4.1操作系統(tǒng)概述4.1.1操作系統(tǒng)的特點第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.隨機(jī)性操作系統(tǒng)允許多個并發(fā)程序共享資源，使得每個程序的運(yùn)行過程受到其他程序制約，令程序的運(yùn)行不是一氣呵成，運(yùn)行時間、運(yùn)行順序及同一程序或數(shù)據(jù)的多次運(yùn)行結(jié)果等均具有隨機(jī)性。4.1操作系統(tǒng)概述4.1.1操作系統(tǒng)的特點4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.1處理器管理1.進(jìn)程的概念進(jìn)程是一個具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動，是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源調(diào)度和分配的實體。進(jìn)程具有生命周期，可以并發(fā)執(zhí)行，由于系統(tǒng)資源是有限的，進(jìn)程受到其他進(jìn)程的制約和影響。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.1處理器管理1.進(jìn)程的概念進(jìn)程和程序是兩個不同的概念，程序是是靜態(tài)的，可以脫離計算機(jī)長期保存；進(jìn)程是動態(tài)的，強(qiáng)調(diào)執(zhí)行過程，從創(chuàng)建到被調(diào)度執(zhí)行，然后結(jié)束，當(dāng)程序執(zhí)行完畢，進(jìn)程也就不存在了。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.1處理器管理1.進(jìn)程的概念多道程序并發(fā)執(zhí)行第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)2.進(jìn)程的狀態(tài)三個狀態(tài)：執(zhí)行（占用CPU并在運(yùn)行）、就緒（已經(jīng)具備運(yùn)行的條件，但CPU正忙于其它進(jìn)程）、阻塞（進(jìn)程正在等待某種資源或存在與其它進(jìn)程之間有關(guān)的操作）。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)3.進(jìn)程管理操作系統(tǒng)必須對進(jìn)程從創(chuàng)建到消亡這個生命周期的每個環(huán)節(jié)進(jìn)行管理控制，對進(jìn)程的管理任務(wù)主要包括創(chuàng)建進(jìn)程、撤銷進(jìn)程、阻塞進(jìn)程、喚醒進(jìn)程和進(jìn)程調(diào)度。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)3.進(jìn)程管理（1）創(chuàng)建進(jìn)程進(jìn)程控制塊（ProcessingControlBlock，PCB），是操作系統(tǒng)核心中一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它存放著操作系統(tǒng)用于描述進(jìn)程情況及控制進(jìn)程運(yùn)行時所需的全部信息。進(jìn)程創(chuàng)建是操作系統(tǒng)執(zhí)行程序的需要或者用戶或進(jìn)程要求創(chuàng)建一個新的進(jìn)程。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)3.進(jìn)程管理（2）撤銷進(jìn)程進(jìn)程撤銷，也叫終止進(jìn)程，釋放進(jìn)程占有的資源只是撤銷進(jìn)程過程的一部分。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)3.進(jìn)程管理（3）阻塞進(jìn)程正在運(yùn)行的進(jìn)程請求操作系統(tǒng)提供服務(wù)，由于某種原因，操作系統(tǒng)并不能立即滿足該進(jìn)程的要求（如I/O操作、等待其它進(jìn)程提供數(shù)據(jù)、啟動某種操作），導(dǎo)致該進(jìn)程暫時無法繼續(xù)執(zhí)行，此時該進(jìn)程便放棄處理機(jī)而處于暫停狀態(tài)，亦即進(jìn)程的執(zhí)行受到阻塞。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)3.進(jìn)程管理（4）喚醒進(jìn)程當(dāng)被阻塞進(jìn)程所需要的事件發(fā)生時，如I/O操作已完成或其所需要的數(shù)據(jù)已到達(dá)，則由相關(guān)進(jìn)程（例如，提供數(shù)據(jù)的進(jìn)程）執(zhí)行喚醒原語，將等待該事件的進(jìn)程喚醒。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)3.進(jìn)程管理（5）進(jìn)程調(diào)度調(diào)度即指選擇，當(dāng)有多個進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，請求使用CPU時，必須按照一定的原則（調(diào)度算法）合理、有效地選擇進(jìn)程占用CPU，這就是進(jìn)程調(diào)度。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)進(jìn)程調(diào)度算法：先來先服務(wù)算法（FirstComeFirstServed，F(xiàn)CFS）。按先進(jìn)先出（FirstInFirstOut）原則管理就緒狀態(tài)的進(jìn)程隊列，先就緒的進(jìn)程先獲得CPU。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)進(jìn)程調(diào)度算法：時間片輪轉(zhuǎn)算法（RoundRobin，RR）。按照先來先服務(wù)原則調(diào)度進(jìn)程，但進(jìn)程只能使用CPU的一個時間片，即使進(jìn)程還沒有完成，也必須釋放CPU給下一個進(jìn)程，并到就緒進(jìn)程隊列末尾重新等待調(diào)度。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)進(jìn)程調(diào)度算法：優(yōu)先級調(diào)度算法（HighestPriorityFirst，HPF）。根據(jù)進(jìn)程間優(yōu)先級（Priority）的高低確定占用CPU的次序，始終將CPU分配給就緒隊列中具有最高優(yōu)先級的就緒進(jìn)程。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)進(jìn)程調(diào)度算法：多級反饋隊列輪轉(zhuǎn)算法（Multi-stageFeedbackQueuerotation，MFQ）：把就緒進(jìn)程按優(yōu)先級排成多個隊列，賦給每個隊列不同的時間片，一般高優(yōu)先級進(jìn)程的時間片比低優(yōu)先級進(jìn)程的時間片小。調(diào)度時按時間片輪轉(zhuǎn)策略先選擇高優(yōu)先級隊列的進(jìn)程投入運(yùn)行。若高優(yōu)先級隊列中還有其他進(jìn)程，則按照轉(zhuǎn)法依次調(diào)度執(zhí)行。只有高優(yōu)先級就緒隊列為空時，才從低一級的就緒隊列中調(diào)度進(jìn)程。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.2存儲管理存儲管理是操作系統(tǒng)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)管理計算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存儲器，其根本任務(wù)是根據(jù)程序的請求向程序動態(tài)分配內(nèi)存，并且在程序不再需要內(nèi)存時對它們進(jìn)行釋放與回收。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.2存儲管理1.存儲管理功能當(dāng)程序運(yùn)行時，操作系統(tǒng)將程序代碼調(diào)入內(nèi)存并創(chuàng)建一個進(jìn)程。（1）內(nèi)存的分配和回收（2）內(nèi)存空間的共享（3）存儲保護(hù)（4）內(nèi)存空間的擴(kuò)充（5）地址變換4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.2存儲管理2.虛擬存儲管理虛擬存儲管理通過對內(nèi)存和外存進(jìn)行統(tǒng)一管理，使得用戶能夠使用的存儲空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實際內(nèi)存空間，即邏輯空間可以大于物理空間。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.3文件管理1.文件組織結(jié)構(gòu)（1）文件的邏輯結(jié)構(gòu)這是從用戶觀點出發(fā)，所觀察到的文件組織形式，是用戶可以直接處理的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)，它獨立于存儲的物理特性，又稱為文件組織。（2）文件物理結(jié)構(gòu)又稱為文件的存儲結(jié)構(gòu)，是指文件在外存上的存儲組織形式，這與存儲介質(zhì)的存儲特性有關(guān)。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.3文件管理2.文件組織結(jié)構(gòu)常見的文件系統(tǒng)有3種：FAT32、NTFS和exFAT。①FAT32：32位文件分配表。②NTFS：新技術(shù)文件系統(tǒng)。③exFAT。即擴(kuò)展文件分配表。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.3文件管理2.文件命名每個文件都有一個文件名，系統(tǒng)按文件名對文件進(jìn)行識別和管理。文件名分為兩部分：文件主名和擴(kuò)展名，兩者之間用句點“.”隔開。主文件名≤255個字符，擴(kuò)展名≤4個字符不允許使用\、/、:、*、?、"、<、>、|等字符。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.3文件管理2.文件命名通配符：字符“?”和“*”通常用作通配符“?”代表一個任意的字符“*”代表0個或多個任意字符。通配符常用于表示執(zhí)行同樣命令的一組文件。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.3文件管理3.文件夾為了有效地管理和使用文件，文件系統(tǒng)允許用戶在磁盤上創(chuàng)建文件夾（也稱為目錄），將文件分門別類地存放在不同的文件夾中。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.3文件管理4.文件路徑描述文件所在位置的方式就是路徑。路徑分為絕對路徑和相對路徑：絕對路徑是從根文件夾開始直到文件的描述。相對路徑是相對于當(dāng)前盤當(dāng)前文件夾來設(shè)置的路徑。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.4設(shè)備管理1.設(shè)備類型①按傳輸速率分類，可分為低速設(shè)備、中速設(shè)備和高速設(shè)備。②按信息交換的單位分類，可分為塊設(shè)備（BlockDevice）和字符設(shè)備（CharacterDevice）。塊設(shè)備中信息的存取以數(shù)據(jù)塊為單位。③按設(shè)備的共享屬性分類，可分為獨占設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬。獨占設(shè)備是指在一段時間內(nèi)只允許一個用戶（進(jìn)程）訪問的設(shè)備；共享設(shè)備是指在一段時間內(nèi)允許多個進(jìn)程同時訪問的設(shè)備。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.4設(shè)備管理2.設(shè)備管理的實現(xiàn)方式（1）緩沖區(qū)管理在內(nèi)存中開辟I/O緩沖區(qū)，用于臨時存放I/O操作的數(shù)據(jù)。（2）設(shè)備分配與回收設(shè)備分配是指根據(jù)進(jìn)程的請求，將合適的設(shè)備分配給進(jìn)程使用。設(shè)備回收是指當(dāng)進(jìn)程完成對設(shè)備的操作后，將設(shè)備交還給操作系統(tǒng)。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.4設(shè)備管理2.設(shè)備管理的實現(xiàn)方式（3）設(shè)備驅(qū)動調(diào)度操作系統(tǒng)中用于管理和調(diào)度外部設(shè)備的一種機(jī)制。（4）設(shè)備中斷處理當(dāng)設(shè)備向CPU發(fā)出中斷請求時，CPU會暫停當(dāng)前正在運(yùn)行的程序，并將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給中斷處理程序。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.2.4設(shè)備管理2.設(shè)備管理的實現(xiàn)方式（5）虛擬設(shè)備技術(shù)通過將一個物理設(shè)備虛擬化為多個邏輯設(shè)備，使得多個進(jìn)程可以同時訪問同一個物理設(shè)備。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.3.1操作系統(tǒng)的分類4.3常用操作系統(tǒng)1.單用戶操作系統(tǒng)。在一個計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一次只能支持一個用戶使用計算機(jī)。2.批處理操作系統(tǒng)系統(tǒng)將用戶的作業(yè)成批輸入系統(tǒng)并暫存在外存中組成作業(yè)隊列，然后按照一定的調(diào)度原則自動從隊列中選擇一個或多個作業(yè)裝入內(nèi)存進(jìn)行處理。第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.3.1操作系統(tǒng)的分類4.3常用操作系統(tǒng)3.分時操作系統(tǒng)允許若干個聯(lián)機(jī)用戶通過各自的終端以交互方式共用一臺計算機(jī)。4.實時操作系統(tǒng)能及時響應(yīng)外部驅(qū)動事件的請求，并以足夠快的速度予以處理，處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)控制監(jiān)控的生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應(yīng)，并控制所有實時任務(wù)。第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.1.1操作系統(tǒng)的分類4.3常用操作系統(tǒng)5.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和資源共享，協(xié)調(diào)各主機(jī)上任務(wù)的執(zhí)行，并向用戶提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口的軟件集合。6.分布式操作系統(tǒng)由多臺分散的計算機(jī)經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成的系統(tǒng)，每臺計算機(jī)既高度自治，又相互協(xié)同，能在系統(tǒng)范圍內(nèi)實現(xiàn)資源管理，任務(wù)分配，能并行地運(yùn)行分布式程序。第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.3.1操作系統(tǒng)的分類4.3常用操作系統(tǒng)7.嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中，對整個嵌入式系統(tǒng)以及它所操作、控制的各種部件裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度和控制的操作系統(tǒng)。第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.3.2Windows操作系統(tǒng)1.Windows文件管理文件資源管理器是Windows系統(tǒng)提供的文件資源管理工具，可以用它查看本機(jī)的所有與文件相關(guān)的資源。特別是通過它提供的樹狀文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠更清楚、更直觀地了解計算機(jī)的文件和文件夾。4.3常用操作系統(tǒng)第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)2.Windows的程序管理Windows是多任務(wù)的操作系統(tǒng)，它的應(yīng)用程序非常多，包括兩部分：一是在安裝操作系統(tǒng)期間內(nèi)置的應(yīng)用程序；二是用戶根據(jù)工作需要添加的應(yīng)用程序。Windows將程序的運(yùn)行同樣置于操作系統(tǒng)的管理下，通過任務(wù)管理器實現(xiàn)對程序的管理。4.3常用操作系統(tǒng)4.3.2Windows操作系統(tǒng)第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)3.Windows的系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的設(shè)置以及系統(tǒng)工具的使用，旨在對硬件和軟件進(jìn)行重新配置，優(yōu)化系統(tǒng)的性能，提高操作效率。Windows系統(tǒng)管理是通過控制面板實現(xiàn)的。4.3常用操作系統(tǒng)4.3.2Windows操作系統(tǒng)第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)4.Windows的設(shè)備管理設(shè)備管理是通過Windows