第4章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)操作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱OS）是控制計(jì)算機(jī)中所有活動(dòng)的核心系統(tǒng)軟件，它是任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都不可缺少的關(guān)鍵軟件部件。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中發(fā)生的所有活動(dòng)的總控制器，也是決定計(jì)算機(jī)兼容性和平臺(tái)的關(guān)鍵因素之一，它從根本上影響著計(jì)算機(jī)的使用方式。目前，主流的操作系統(tǒng)包括MicrosoftWindows、MacOS、UNIX和Linux等，曾經(jīng)主流的操作系統(tǒng)還有DOS等。這些操作系統(tǒng)具有不同的用戶界面，并且只允許計(jì)算機(jī)運(yùn)行與之兼容的軟件。比如，使用Windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)只運(yùn)行Windows和DOS軟件；使用UNIX操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通常只運(yùn)行UNIX軟件。4.1操作系統(tǒng)概述如果把硬件設(shè)想成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，那么操作系統(tǒng)的主要任務(wù)是協(xié)助計(jì)算機(jī)完成基本硬件操作，并且和更外層的應(yīng)用軟件進(jìn)行交互，完成諸如打印和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等應(yīng)用操作。操作系統(tǒng)執(zhí)行不同任務(wù)的過(guò)程通常稱為“服務(wù)”，可以分為“外部”和“內(nèi)部”服務(wù)兩種。操作系統(tǒng)提供外部服務(wù)以協(xié)助用戶啟動(dòng)程序、管理被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和維護(hù)安全。操作系統(tǒng)提供選擇程序的方法，也能幫助查找、重命名與刪除文檔和其他在存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)。一些計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)在允許用戶訪問(wèn)程序和數(shù)據(jù)之前，還會(huì)檢查用戶ID和口令以維護(hù)程序和數(shù)據(jù)的安全。4.1操作系統(tǒng)概述此外，操作系統(tǒng)提供內(nèi)部服務(wù)來(lái)保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有效運(yùn)行，這些內(nèi)部服務(wù)一般只受到操作系統(tǒng)本身的控制。操作系統(tǒng)控制輸入/輸出、分配系統(tǒng)資源、管理程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間以及檢測(cè)設(shè)備是否失效。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)分配系統(tǒng)資源，如磁盤空間、內(nèi)存量或者處理器時(shí)間等，以便程序可以有效地運(yùn)行。個(gè)人計(jì)算機(jī)通常在出售時(shí)預(yù)裝操作系統(tǒng)（如MacOS或MicrosoftWindows，圖4-1）。Linux操作系統(tǒng)雖然也可以安裝在個(gè)人計(jì)算機(jī)上，但主要用在高端工作站和服務(wù)器上。4.1操作系統(tǒng)概述圖4-1預(yù)裝在聯(lián)想、惠普等計(jì)算機(jī)上的Windows7界面4.1操作系統(tǒng)概述雖然操作系統(tǒng)也是軟件，但諸如Windows軟件、Mac軟件和Linux軟件之類的術(shù)語(yǔ)一般指的是應(yīng)用軟件。例如MicrosoftWord，它是運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)中的文字處理程序。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)操作系統(tǒng)最明顯的職責(zé)就是為運(yùn)行軟件提供環(huán)境。操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的工作方式類似于軍隊(duì)中命令的逐級(jí)下達(dá)。當(dāng)用戶使用某個(gè)應(yīng)用軟件發(fā)出命令后，應(yīng)用軟件就會(huì)命令操作系統(tǒng)該做什么，操作系統(tǒng)再命令設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，最后由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)硬件，硬件就會(huì)開始工作。圖4-2說(shuō)明了打印文檔或相片時(shí)，命令的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)圖4-2打印文檔的命令會(huì)經(jīng)過(guò)包括操作系統(tǒng)在內(nèi)的多層軟件的接力傳遞，最終到達(dá)打印機(jī)4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)操作系統(tǒng)通過(guò)與應(yīng)用軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和硬件之間的交互來(lái)管理計(jì)算機(jī)資源。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，資源是指任何能夠根據(jù)要求完成任務(wù)的部件。例如，處理器就是資源，RAM、存儲(chǔ)空間和外設(shè)也是資源。當(dāng)用戶使用應(yīng)用軟件時(shí)，操作系統(tǒng)也在幕后忙著處理各種資源管理任務(wù)，例如管理處理器資源、管理內(nèi)存、記錄存儲(chǔ)器資源、確保輸入輸出有序地進(jìn)行，以及確立用戶界面的基本要素等。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)（1）操作系統(tǒng)管理處理器資源計(jì)算機(jī)微處理器的每個(gè)周期都是可以用來(lái)完成任務(wù)的資源。當(dāng)控制單元指導(dǎo)微處理器內(nèi)部活動(dòng)時(shí)，操作系統(tǒng)也以稍微高級(jí)的形式控制著微處理器的工作。許多稱為“進(jìn)程”的計(jì)算機(jī)活動(dòng)都會(huì)爭(zhēng)取微處理器的資源。用鍵盤和鼠標(biāo)輸入時(shí)，正在運(yùn)行的程序會(huì)發(fā)出命令。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)必須傳送給顯示設(shè)備或打印機(jī)，來(lái)自因特網(wǎng)的網(wǎng)頁(yè)也會(huì)到達(dá)計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)必須確保每一個(gè)進(jìn)程都能夠分享到必要的微處理器周期。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)在使用Windows時(shí)，可以打開“任務(wù)管理器”查看正在執(zhí)行的進(jìn)程列表。同時(shí)按下Ctrl、Alt和Del鍵后，Windows操作系統(tǒng)會(huì)顯示出進(jìn)程列表（圖4-3）。多數(shù)進(jìn)程是在后臺(tái)運(yùn)行的程序，它們可以為操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件執(zhí)行各種任務(wù)。而機(jī)器人程序和蠕蟲有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生異常進(jìn)程。如果想知道進(jìn)程是否是正當(dāng)?shù)?，那么可以使用各種搜索引擎來(lái)查詢進(jìn)程名稱。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)圖4-3Windows任務(wù)管理器4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)（2）操作系統(tǒng)處理多進(jìn)程在普通的計(jì)算會(huì)話中，計(jì)算機(jī)平均運(yùn)行50個(gè)進(jìn)程。在理想狀態(tài)下，操作系統(tǒng)能幫助微處理器無(wú)縫地切換多個(gè)進(jìn)程。而根據(jù)操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件的性能差異，管理進(jìn)程的方式有多任務(wù)、多線程以及多重處理。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)多任務(wù)提供了進(jìn)程和內(nèi)存管理服務(wù)，允許兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)、作業(yè)和程序同時(shí)運(yùn)行。多數(shù)操作系統(tǒng)都提供了多任務(wù)服務(wù)，其中包括個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。在一個(gè)程序中，多線程允許多個(gè)部分或線程同時(shí)運(yùn)行。例如，電子表格程序的一個(gè)線程可能在等待用戶的輸入，而其他線程則在后臺(tái)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算。多線程可以提升單處理器或多處理器計(jì)算機(jī)的性能。許多新計(jì)算機(jī)都裝有多核處理器或多個(gè)處理器。操作系統(tǒng)的多重處理能力會(huì)將任務(wù)平均分配給所有處理單元。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)（3）操作系統(tǒng)管理內(nèi)存內(nèi)存是計(jì)算機(jī)中最重要的資源之一，微處理器處理的數(shù)據(jù)和執(zhí)行的指令都存儲(chǔ)在內(nèi)存中。當(dāng)用戶想要同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序時(shí)，操作系統(tǒng)就必須在內(nèi)存中為不同程序分配出特定的空間。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)當(dāng)多個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)，操作系統(tǒng)需要避免內(nèi)存泄漏，即確保指令和數(shù)據(jù)不能從內(nèi)存中的一個(gè)區(qū)域“溢出”到已經(jīng)分配給其他程序的另一個(gè)區(qū)域。如果不能保護(hù)每個(gè)程序的內(nèi)存區(qū)域，那么數(shù)據(jù)就將被破壞，程序可能崩潰，計(jì)算機(jī)將顯示出錯(cuò)信息如“GeneralProtectionFault”（一般性保護(hù)錯(cuò)誤）或“ProgramNotResponding”（程序沒有響應(yīng)）。有時(shí)候同時(shí)按下Ctrl、Alt和Del鍵來(lái)關(guān)閉遭到破壞的程序，PC機(jī)能夠彌補(bǔ)內(nèi)存泄漏所造成的后果。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)（4）操作系統(tǒng)聯(lián)系存儲(chǔ)器資源在幕后，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和檢索計(jì)算機(jī)硬盤和其他存儲(chǔ)設(shè)備上的文件。它能記住計(jì)算機(jī)中所有文件的名字和位置，并且知道哪里有可以存儲(chǔ)新文件的空閑空間。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)（5）操作系統(tǒng)聯(lián)系外圍設(shè)備每個(gè)與計(jì)算機(jī)相連接的設(shè)備都可視作輸入或輸出資源。操作系統(tǒng)會(huì)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通信，以確保數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備間可以順暢地傳輸。如果外圍設(shè)備或其驅(qū)動(dòng)程序不能正常運(yùn)行，操作系統(tǒng)會(huì)采取適當(dāng)措施，并在屏幕上顯示警告信息。操作系統(tǒng)會(huì)確保有序地處理輸入和輸出，并在計(jì)算機(jī)忙于其他任務(wù)時(shí)使用“緩沖區(qū)”來(lái)收集和存放數(shù)據(jù)。例如，通過(guò)使用鍵盤緩沖區(qū)，無(wú)論用戶敲擊鍵盤的速度有多快，或者計(jì)算機(jī)同時(shí)還在做其他事情，計(jì)算機(jī)都不會(huì)漏掉用戶按下的任何一個(gè)鍵。所謂“緩沖區(qū)”（hbuffer）指的是內(nèi)存中用來(lái)存放正在等待從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備中的數(shù)據(jù)的區(qū)域。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)（6）操作系統(tǒng)分類為了更好地了解不同操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，下面對(duì)操作系統(tǒng)做一個(gè)大致分類：?jiǎn)斡脩舨僮飨到y(tǒng)（例如DOS）處理的是一次只能由一個(gè)用戶控制的輸入設(shè)備。掌上電腦和一些個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)可以歸為單用戶操作系統(tǒng)。多用戶操作系統(tǒng)允許一臺(tái)集中式計(jì)算機(jī)（通常是大型機(jī)）處理來(lái)自多個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行的輸入、輸出和處理請(qǐng)求。多用戶操作系統(tǒng)最艱巨的任務(wù)之一就是對(duì)必須執(zhí)行的處理請(qǐng)求進(jìn)行排序。IBM公司的Z/OS就屬于大型機(jī)多用戶操作系統(tǒng)。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)服務(wù)器操作系統(tǒng)提供了用來(lái)管理分布式網(wǎng)絡(luò)、電子郵件服務(wù)器和網(wǎng)站托管的工具。MacOSXServer、WindowsServer2008R2和Linux都屬于服務(wù)器操作系統(tǒng)。從技術(shù)上講，多用戶操作系統(tǒng)可對(duì)集中式計(jì)算機(jī)要處理的請(qǐng)求進(jìn)行排序，而服務(wù)器操作系統(tǒng)則僅僅是通過(guò)路由將數(shù)據(jù)和程序發(fā)送給每個(gè)用戶的本地計(jì)算機(jī)，實(shí)際的處理發(fā)生在本地計(jì)算機(jī)上。不過(guò)，如今的服務(wù)器操作系統(tǒng)既可以配置成集中式處理，也可以配置成分布式處理。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)桌面操作系統(tǒng)是指一種為桌面計(jì)算機(jī)、筆記本電腦和平板電腦等個(gè)人計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)。在家中、學(xué)校和工作中所使用的計(jì)算機(jī)一般都配置了桌面操作系統(tǒng)（如MicrosoftWindows或MacOS）。通常，這些操作系統(tǒng)都被設(shè)計(jì)成單一用戶的，不過(guò)它們也可以提供網(wǎng)絡(luò)功能?，F(xiàn)在的桌面操作系統(tǒng)都能提供多任務(wù)功能，用戶可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用軟件。盡管操作系統(tǒng)的主要目的是在幕后控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)作，但是許多操作系統(tǒng)仍然提供了稱為實(shí)用程序的有用工具，幫助用戶來(lái)控制和定制計(jì)算機(jī)設(shè)備和工作環(huán)境。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)例如，MicrosoftWindows為用戶提供了對(duì)以下行為的控制：?jiǎn)?dòng)程序。在啟動(dòng)計(jì)算機(jī)時(shí)，Windows會(huì)顯示圖形對(duì)象（如圖標(biāo)、“開始”按鈕、“程序”菜單等），用戶可以使用這些圖形對(duì)象來(lái)啟動(dòng)程序。管理文件。“Windows資源管理器”是個(gè)有用的實(shí)用程序，它允許用戶查看文件列表、將文件移動(dòng)到不同的存儲(chǔ)設(shè)備上，以及復(fù)制、重命名和刪除文件。獲得幫助。Windows提供了“幫助”系統(tǒng)，用戶可以用它來(lái)了解各種命令是如何執(zhí)行的。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)定制用戶界面和配置設(shè)備。Windows“控制面板”提供了幫助用戶定制屏幕顯示和工作環(huán)境的實(shí)用程序，還提供了對(duì)實(shí)用程序的訪問(wèn)，來(lái)幫助用戶安裝和配置計(jì)算機(jī)的硬件及外圍設(shè)備。許多Windows實(shí)用程序都可以從“控制面板”訪問(wèn)。在“開始”按鈕中找到“控制面板”，打開后，其中以圖標(biāo)形式顯示了‘控制面板”的實(shí)用程序（圖4-4）。4.1.1操作系統(tǒng)活動(dòng)圖4-4Windows控制面板中的實(shí)用程序4.1.2引導(dǎo)過(guò)程有一些數(shù)字設(shè)備（如掌上電腦和視頻游戲機(jī)）的操作系統(tǒng)很小，以至于可以存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器（ROM）上。而大多數(shù)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)都非常龐大，所以其大部分內(nèi)容都存儲(chǔ)在硬盤上。在開啟計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備完畢并能接受用戶發(fā)出的命令之間所發(fā)生的一系列事件稱為引導(dǎo)過(guò)程，或“引導(dǎo)”計(jì)算機(jī)。在引導(dǎo)過(guò)程中，操作系統(tǒng)內(nèi)核會(huì)加載到內(nèi)存中。在計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，內(nèi)核會(huì)一直駐留在內(nèi)存中。內(nèi)核提供的是操作系統(tǒng)中最重要的服務(wù)（如內(nèi)存管理和文件訪問(wèn)）。操作系統(tǒng)的其他部分（如定制實(shí)用程序）則只有當(dāng)需要時(shí)才載入。4.1.2引導(dǎo)過(guò)程計(jì)算機(jī)的小型引導(dǎo)程序內(nèi)置于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單元內(nèi)專門的ROM電路中。開啟計(jì)算機(jī)時(shí)，ROM電路通電并通過(guò)執(zhí)行引導(dǎo)程序啟動(dòng)引導(dǎo)過(guò)程。引導(dǎo)過(guò)程有以下6個(gè)主要步驟：通電。打開電源開關(guān)，電源指示燈變亮，電源開始給計(jì)算機(jī)電路供電。啟動(dòng)引導(dǎo)程序。微處理器開始執(zhí)行存儲(chǔ)在ROM中的引導(dǎo)程序。開機(jī)自檢。計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵部件進(jìn)行診斷測(cè)試。識(shí)別外圍設(shè)備。計(jì)算機(jī)能識(shí)別與之相連接的外圍設(shè)備，并檢查設(shè)備的設(shè)置。4.1.2引導(dǎo)過(guò)程加載操作系統(tǒng)。將操作系統(tǒng)從硬盤讀取并復(fù)制到隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）中。檢查配置文件并對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行定制。微處理器讀取配置數(shù)據(jù)，并執(zhí)行由用戶設(shè)置的啟動(dòng)程序。計(jì)算機(jī)內(nèi)存大都屬于“易失存的”RAM，如果掉電，存放在RAM上的數(shù)據(jù)會(huì)立刻丟失，存放在RAM中的操作系統(tǒng)副本也會(huì)丟失。除了RAM，計(jì)算機(jī)還有“非易失存的”內(nèi)存電路（ROM和EEPROM），這種內(nèi)存在掉電時(shí)也能夠保存數(shù)據(jù)，但其大小不足以存儲(chǔ)整個(gè)操作系統(tǒng)。4.1.2引導(dǎo)過(guò)程由于RAM是易失存的，而ROM和EEPROM的容量又太小，所以操作系統(tǒng)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的硬盤上。在引導(dǎo)過(guò)程中，操作系統(tǒng)的一個(gè)副本被傳送到RAM中，計(jì)算機(jī)在執(zhí)行輸入、輸出或存儲(chǔ)等操作時(shí)，就能夠按需要從RAM中快速訪問(wèn)操作系統(tǒng)（圖4-5）。4.1.2引導(dǎo)過(guò)程圖4-5引導(dǎo)程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)復(fù)制到RAM中，以便處理器可以直接訪問(wèn)操作系統(tǒng)4.1.3操作系統(tǒng)的組成操作系統(tǒng)軟件肯定是我們所見到的最優(yōu)秀、最復(fù)雜和最龐大的軟件之一，所以，真正領(lǐng)會(huì)操作系統(tǒng)的概念、原理、方法和技巧等，是有一定困難的。操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是所有其他程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。程序員如果能理解操作系統(tǒng)的工作原理，就能夠編寫出更好的中間件和應(yīng)用程序。此外，無(wú)論是為新設(shè)備編寫驅(qū)動(dòng)程序、創(chuàng)建新的微內(nèi)核服務(wù)器，還是提供能夠高效處理發(fā)展需求的新系統(tǒng)等，都需要理解基本的操作系統(tǒng)原理和技術(shù)。4.1.3操作系統(tǒng)的組成操作系統(tǒng)原理所涉及的相關(guān)主題如圖4-6所示?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)至少具有以下四種職能：存儲(chǔ)管理、進(jìn)程管理、設(shè)備管理和文件管理。操作系統(tǒng)的用戶界面（GUI）或命令解釋程序（shell）負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，如圖4-7所示。4.1.3操作系統(tǒng)的組成圖4-6操作系統(tǒng)的相關(guān)主題組成4.1.3操作系統(tǒng)的組成圖4-7操作系統(tǒng)的基本組成4.1.3操作系統(tǒng)的組成（1）內(nèi)存管理現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)重要職責(zé)是存儲(chǔ)管理。計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)容量激增，同樣所處理的數(shù)據(jù)和程序也越來(lái)越大。存儲(chǔ)分配必須進(jìn)行管理以避免“內(nèi)存不足”的錯(cuò)誤。4.1.3操作系統(tǒng)的組成（2）進(jìn)程管理現(xiàn)代操作系統(tǒng)進(jìn)程管理有三個(gè)重要術(shù)語(yǔ)：程序、作業(yè)和進(jìn)程。1）程序。是由程序員編寫的一組穩(wěn)定的指令，存在硬盤（或磁盤）上，它可能會(huì)也可能不會(huì)成為作業(yè)。4.1.3操作系統(tǒng)的組成2）作業(yè)。從程序被選中執(zhí)行，到其運(yùn)行結(jié)束并再次成為程序的這段過(guò)程中，程序稱為作業(yè)。整個(gè)過(guò)程中，作業(yè)可能會(huì)或不會(huì)被執(zhí)行。它或者駐留在硬盤上等待被裝入內(nèi)存，或者在內(nèi)存中等待被CPU執(zhí)行，或者駐留在硬盤或內(nèi)存中等待I/O事件。在所有這些情況下程序才稱為作業(yè)。當(dāng)作業(yè)執(zhí)行完畢（正常或不正常），作業(yè)又變成程序并再次駐留在硬盤中，操作系統(tǒng)不再管理程序。每個(gè)作業(yè)都是程序，但并不是所有的程序都是作業(yè)。3）進(jìn)程。是指執(zhí)行中的程序，該程序開始運(yùn)行但未結(jié)束。換句話說(shuō)，進(jìn)程是駐留在內(nèi)存中的作業(yè)，它是從眾多等待作業(yè)中選取出來(lái)并裝入內(nèi)存中的作業(yè)。進(jìn)程可以處于運(yùn)行狀態(tài)或者等待CPU調(diào)用。只要作業(yè)被裝入內(nèi)存就成為進(jìn)程。每個(gè)進(jìn)程都是作業(yè)，而每個(gè)作業(yè)未必都是進(jìn)程。4.1.3操作系統(tǒng)的組成（3）設(shè)備管理設(shè)備管理（或者稱“輸入/輸出管理”）負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)有效地使用I/O設(shè)備。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，I/O設(shè)備在數(shù)量和速度上受到限制。由于這些設(shè)備與CPU和內(nèi)存比起來(lái)速度要慢很多，所以當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)I/O設(shè)備時(shí)，在該段時(shí)間內(nèi)這個(gè)設(shè)備對(duì)其他進(jìn)程而言是不可用的。設(shè)備管理的職責(zé)是：1）不停地監(jiān)視所有的I/O設(shè)備，以保證它們能夠正常運(yùn)行。同樣也需要知道什么時(shí)候設(shè)備已經(jīng)完成一個(gè)進(jìn)程的服務(wù)，準(zhǔn)備為隊(duì)列中的下一個(gè)進(jìn)程服務(wù)。4.1.3操作系統(tǒng)的組成2）為每一個(gè)I/O設(shè)備或是類似的I/O設(shè)備維護(hù)一個(gè)隊(duì)列或多個(gè)隊(duì)列。例如：如果系統(tǒng)中有兩個(gè)高速打印機(jī)，管理器能夠分別用一個(gè)隊(duì)列維護(hù)一個(gè)設(shè)備，或是用一個(gè)隊(duì)列維護(hù)兩個(gè)設(shè)備。3）使用不同方式訪問(wèn)I/O設(shè)備。例如，可以用先入先出法來(lái)訪問(wèn)一個(gè)設(shè)備，而用最短長(zhǎng)度優(yōu)先來(lái)訪問(wèn)另一個(gè)設(shè)備。4.1.3操作系統(tǒng)的組成（4）文件管理現(xiàn)代操作系統(tǒng)使用文件管理來(lái)控制對(duì)文件的訪問(wèn)。文件管理的職能是：1）控制對(duì)文件的訪問(wèn)。只有那些獲得允許的才能夠訪問(wèn)，訪問(wèn)方式也可以不同。例如，進(jìn)程（用戶也稱為進(jìn)程）也許可以讀取文件，但卻不允許寫（改變）文件。另一個(gè)進(jìn)程也許被允許執(zhí)行文件，但卻不允許查看文件的內(nèi)容。2）管理文件的創(chuàng)建、刪除和修改。3）可以給文件命名。4）管理文件的存儲(chǔ)：怎樣存儲(chǔ)，存在哪里等。5）負(fù)責(zé)歸檔和備份。4.2現(xiàn)代操作系統(tǒng)通常將操作系統(tǒng)分成兩類，即服務(wù)器操作系統(tǒng)和桌面操作系統(tǒng)。因特網(wǎng)Web站點(diǎn)的計(jì)算機(jī)通常稱為“服務(wù)器”，它通過(guò)分散的計(jì)算機(jī)向人們提供信息，人們?cè)诩抑谢蜣k公室使用的計(jì)算機(jī)通常稱為“桌面”或者“客戶端”計(jì)算機(jī)。服務(wù)器操作系統(tǒng)（也稱“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)”或“后臺(tái)操作系統(tǒng)”）是專門為那些在網(wǎng)絡(luò)和Web站點(diǎn)提供集中化存儲(chǔ)機(jī)制和通信功能的計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的；桌面操作系統(tǒng)（也稱“個(gè)人操作系統(tǒng)”或“前臺(tái)操作系統(tǒng)”）是專門為單用戶微型機(jī)設(shè)計(jì)的。一般用戶通常與桌面操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，而不直接使用服務(wù)器操作系統(tǒng)，但是，了解主流的服務(wù)器操作系統(tǒng)也是很有必要的。4.2.1MicrosoftWindows全世界有超過(guò)80％的個(gè)人計(jì)算機(jī)上安裝了MicrosoftWindows操作系統(tǒng)。Windows的名稱緣于出現(xiàn)在基于屏幕的桌面上的那些矩形工作區(qū)。每一個(gè)工作區(qū)窗口都能顯示不同的文檔或程序，為操作系統(tǒng)的多任務(wù)處理能力提供了可視化模型。不同版本的操作系統(tǒng)，例如WindowsXP和Window7使用的是相似的GUI控件，只是圖標(biāo)和其他圖形元素的外觀看起來(lái)有細(xì)微差別。早期的Windows有時(shí)被稱為“操作環(huán)境”而不是操作系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈冃枰狣OS操作系統(tǒng)來(lái)提供操作系統(tǒng)內(nèi)核。Windows操作環(huán)境最初是用可點(diǎn)擊的用戶界面隱藏了DOS命令行，它可通過(guò)圖形屏幕顯示和鼠標(biāo)輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)展至今日，Windows操作系統(tǒng)已經(jīng)不再需要DOS內(nèi)核了。4.2.1MicrosoftWindows從一開始Windows操作系統(tǒng)就是為使用英特爾（或者兼容）處理器的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的。隨著芯片體系結(jié)構(gòu)從16位、32位發(fā)展到64位，Windows始終跟隨著CPU芯片發(fā)展的腳步。此外，還添加和升級(jí)了各種功能，例如，連接網(wǎng)絡(luò)和文件系統(tǒng)。對(duì)用戶界面進(jìn)行改進(jìn)，以使用戶界面外觀更漂亮而且更容易使用。Windows從1985年問(wèn)世以來(lái)發(fā)展了很多版本，如表4-1所示。4.2.1MicrosoftWindows表4-1Windows發(fā)展歷程4.2.1MicrosoftWindows在Windows上運(yùn)行的程序的數(shù)量和多樣性是其他任何操作系統(tǒng)都無(wú)法匹敵的，這使得Windows成為使用最廣泛的桌面操作系統(tǒng)。運(yùn)行Windows的硬件平臺(tái)的多樣化也是其顯著優(yōu)勢(shì)之一。用戶可以使用桌面計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、PDA、上網(wǎng)本或平板電腦來(lái)運(yùn)行具有相似圖標(biāo)和菜單的各種版本的Windows。諸如手寫識(shí)別之類的功能讓W(xué)indows的用途更加廣泛，以控制帶有觸摸屏的PDA和平板電腦。4.2.1MicrosoftWindowsWindows為硬件和外設(shè)的內(nèi)置驅(qū)動(dòng)程序和即插即用功能提供了極好的支持。Windows龐大的用戶群也是其一大優(yōu)勢(shì)。由于有著各種平臺(tái)中最廣大的用戶基礎(chǔ)，Windows計(jì)算機(jī)用戶群成為了大部分硬件生產(chǎn)商的主要目標(biāo)市場(chǎng)。Windows一直以來(lái)存在的主要問(wèn)題是其可靠性和安全性。操作系統(tǒng)的可靠性通常是由無(wú)故障正常運(yùn)行的時(shí)間來(lái)度量的。但遺憾的是，Windows出現(xiàn)不穩(wěn)定情況的頻率往往要比其他操作系統(tǒng)高。系統(tǒng)響應(yīng)變慢、程序無(wú)法工作以及出現(xiàn)錯(cuò)誤消息都是Windows出故障的表現(xiàn)。重啟系統(tǒng)通常能排除故障而且使計(jì)算機(jī)的功能恢復(fù)正常，但浪費(fèi)在關(guān)閉系統(tǒng)和等待重啟上的時(shí)間，卻為使用過(guò)程增加了不必要的挫折。4.2.1MicrosoftWindows在各種主要的桌面操作系統(tǒng)中，Windows是公認(rèn)的最容易受病毒、蠕蟲和其他攻擊侵?jǐn)_的系統(tǒng)。之所以如此，部分是因?yàn)槠潺嫶蟮挠脩羧菏怪蔀樽畲蟮哪繕?biāo)。Windows有許多安全漏洞被黑客發(fā)現(xiàn)并利用。雖然微軟公司致力于修補(bǔ)安全漏洞，但其程序員始終要比黑客慢一步，因此，在用戶等待補(bǔ)丁的過(guò)程中，他們的計(jì)算機(jī)可能已經(jīng)受到影響了。微軟公司通常會(huì)針對(duì)不同市場(chǎng)發(fā)行多個(gè)版本的Windows操作系統(tǒng)。桌面計(jì)算機(jī)版（如家庭版、專業(yè)版和企業(yè)版）是為個(gè)人計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的；而服務(wù)器版則是為局域網(wǎng)、因特網(wǎng)或Web服務(wù)器設(shè)計(jì)的；還有為PDA和移動(dòng)電話等手持設(shè)備設(shè)計(jì)的嵌入式設(shè)備版本。表4-2為一些最常見的Wlndows操作系統(tǒng)作了分類。4.2.1MicrosoftWindows表4-2Windows操作系統(tǒng)版本分類4.2.2MacOS1984年，Apple計(jì)算機(jī)公司邁出開創(chuàng)性一步，發(fā)布了AppleLisa計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)提供圖形化用戶界面，包含可以通過(guò)鼠標(biāo)進(jìn)行操作的菜單、圖標(biāo)等。但是，Lisa計(jì)算機(jī)在商業(yè)上并不成功，而Apple的下一個(gè)產(chǎn)品，即Macintosh計(jì)算機(jī)取得了很大的成績(jī)，具有圖形化用戶界面的MacOS操作系統(tǒng)是其成功的決定性因素。1998年Apple公司發(fā)布的iMac計(jì)算機(jī)也包含MacOS。像Windows一樣，MacOS經(jīng)歷了多個(gè)版本的改進(jìn)，能提供多任務(wù)功能并支持小型網(wǎng)絡(luò)。4.2.2MacOS與MacOS兼容的軟件被稱為Macintosh軟件，或簡(jiǎn)稱Mac軟件。盡管MacOS的開發(fā)比Windows早幾年，Macintosh和iMac用戶可以選擇許多Macintosh軟件，但是其應(yīng)用軟件的數(shù)量遠(yuǎn)小于Windows操作系統(tǒng)下可以運(yùn)行的軟件數(shù)量。借助于特殊的仿真硬件和軟件插件，Macintosh計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行某些Windows軟件，但是運(yùn)行性能不是最佳的，所以大多數(shù)MacOS用戶仍然堅(jiān)持只使用Macintosh軟件。不過(guò)許多高產(chǎn)的軟件發(fā)行商都會(huì)在發(fā)行Windows版軟件的同時(shí)，發(fā)行一個(gè)與之類似的MacOS版本。4.2.2MacOS與Windows一樣，MacOS也經(jīng)歷過(guò)一系列的修訂（如表4-3所示）。最初的ClassicMacOS是為采用摩托羅拉（Motorola）68000微處理器的Macintosh系列的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的。4.2.2MacOS表4-3MacOS發(fā)展歷程4.2.2MacOS2001年ClassicMacOS被重寫，以運(yùn)行在使用IBMPowerPC微處理器的Macintosh計(jì)算機(jī)上。新的MacOS叫做MacOSX（X既能當(dāng)做數(shù)字10，也能當(dāng)做字母“X”）。MacOSX比它的前輩們更加先進(jìn)，有著更好的內(nèi)存管理和多任務(wù)處理功能。2006年Macintosh硬件做了重大改變，即用英特爾處理器代替PowerPC處理器。MacOSX因此又被重寫。第一個(gè)支持英特爾架構(gòu)的MacOSX版本是MacOSX10.4.4版，它有時(shí)也被稱為“Tiger”。4.2.2MacOSMacOSX被公認(rèn)為是易用、可靠而且安全的操作系統(tǒng)。當(dāng)PC機(jī)用戶還在使用DOS命令符操作系統(tǒng)的年代，那時(shí)的MacOS用戶就已經(jīng)用上可以點(diǎn)擊的圖形用戶界面了。MacOS的開發(fā)人員一直都走在直觀的用戶界面設(shè)計(jì)領(lǐng)域的前列。4.2.2MacOSMacOSX的操作系統(tǒng)內(nèi)核是基于UNIX的，而且它包括工業(yè)級(jí)的內(nèi)存保護(hù)功能，這樣就可以使系統(tǒng)錯(cuò)誤或故障發(fā)生的概率變得很低。MacOSX從UNIX身上繼承了很強(qiáng)的安全基礎(chǔ)，這樣就常常能將安全漏洞的數(shù)量和黑客設(shè)法通過(guò)漏洞侵入系統(tǒng)所造成的損害減少到一個(gè)很低的水平。另一個(gè)讓使用MacOS有助于計(jì)算機(jī)安全的因素是，只有少數(shù)病毒是針對(duì)MacOS的用戶群的，因?yàn)镸acOS的用戶群要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Windows用戶群。盡管如此，MacOS的用戶還是應(yīng)該采取必要的安全措施，例如，及時(shí)使用軟件和操作系統(tǒng)補(bǔ)丁、激活無(wú)線網(wǎng)絡(luò)加密、不要打開可疑的電子郵件附件以及不要點(diǎn)擊電子郵件內(nèi)容中的鏈接。4.2.2MacOSMacOSX還提供了強(qiáng)大的向后兼容、雙啟動(dòng)選項(xiàng)以及很好的虛擬機(jī)平臺(tái)。向后兼容是指針對(duì)某產(chǎn)品其使用前代硬件或軟件的能力。例如，如果新的操作系統(tǒng)對(duì)舊的計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是向后兼容的，那么可以在新的計(jì)算機(jī)上使用所有舊的應(yīng)用軟件。Macintosh計(jì)算機(jī)和Windows計(jì)算機(jī)都在新的操作系統(tǒng)中提供了對(duì)前代軟件的支持。4.2.2MacOS除了使用為Mac機(jī)設(shè)計(jì)的軟件外，在IntelMac機(jī)上使用的MacOSX還提供了運(yùn)行Windows以及Windows應(yīng)用軟件的功能。BootCamp軟件就是一種雙啟動(dòng)實(shí)用程序，它可以在MacOSX和WindosXP間切換系統(tǒng)。在啟動(dòng)時(shí)，用戶可以選擇MacOSX或Windows。要更改操作系統(tǒng)，需要重啟計(jì)算機(jī)。MacOSX對(duì)虛擬機(jī)技術(shù)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)很好的平臺(tái)，虛擬機(jī)技術(shù)允許用戶使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的硬件和軟件。每一臺(tái)虛擬機(jī)都有自己的模擬處理器（或多核處理器）、RAM、視頻卡、輸入輸出端口以及操作系統(tǒng)。而且每一臺(tái)虛擬機(jī)都能運(yùn)行與虛擬的硬件和操作系統(tǒng)相兼容的大多數(shù)軟件。4.2.2MacOS常見的虛擬機(jī)軟件VMware和ParallelsDesktop可以運(yùn)行在大多數(shù)使用英特爾微處理器的計(jì)算機(jī)上，包括IntelMac機(jī)、PC機(jī)和普通的Linux計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)可以被引導(dǎo)到其本機(jī)的操作系統(tǒng)（如MacOSX），但用戶可以創(chuàng)建運(yùn)行來(lái)賓（guest）操作系統(tǒng)（如Windows）的虛擬機(jī)。虛擬機(jī)的桌面會(huì)出現(xiàn)在MacOS屏幕上的一個(gè)窗口中。從理論上講，使用虛擬機(jī)軟件，MacOS桌面可以顯示虛擬的Windows計(jì)算機(jī)、虛擬的Linux計(jì)算機(jī)以及本機(jī)的MacOSX計(jì)算機(jī)。4.2.2MacOS在帶有虛擬Windows和Linux的MacOS中，切換操作系統(tǒng)就像選擇窗口一樣簡(jiǎn)單。在切換到Windows工作區(qū)后，可以使用為Windows操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的游戲、商用軟件以及其他應(yīng)用軟件。點(diǎn)擊Linux工作區(qū)，可以運(yùn)行各種Linux下的開源軟件。然后回到MacOSX桌面，就可以運(yùn)行專門為MacOS設(shè)計(jì)的高端圖形和多媒體軟件iLife。4.2.3UNIX和LinuxUNIX操作系統(tǒng)是1969年由AT&T公司的貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的，它是一個(gè)在專業(yè)領(lǐng)域中較為流行的非常強(qiáng)大的操作系統(tǒng)。它有三個(gè)顯著的特點(diǎn)：第一，UNIX是可移植的操作系統(tǒng)，它只需經(jīng)過(guò)較小的改動(dòng)就能方便地從一個(gè)平臺(tái)移植到另一個(gè)平臺(tái)。這主要是因?yàn)樗闹饕糠质怯蒀語(yǔ)言編寫的（而不是機(jī)器語(yǔ)言）；第二，UINX擁有一套功能強(qiáng)大的工具（命令），能夠組合起來(lái)（在可執(zhí)行文件中被稱為腳本）去解決許多問(wèn)題，而這一工作在其他操作系統(tǒng)中則需要通過(guò)編程來(lái)完成；第三，它具有設(shè)備無(wú)關(guān)性，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)本身就包含了驅(qū)動(dòng)程序，這意味著它可以方便地配置來(lái)運(yùn)行任何設(shè)備。概括來(lái)說(shuō)，UNIX具有一個(gè)強(qiáng)大的操作系統(tǒng)所擁有的一切特點(diǎn)，包括多道程序、虛擬內(nèi)存和設(shè)計(jì)得非常優(yōu)秀的文件和目錄系統(tǒng)。4.2.3UNIX和LinuxUNIX憑借其在多用戶環(huán)境下的可靠性獲得了良好的聲譽(yù)，它的眾多版本也被大型機(jī)和微型計(jì)算機(jī)所使用。Linux是芬蘭的LinusTorvalds最初在1991年開發(fā)的基于UNIX的操作系統(tǒng)。事實(shí)上，Linux的靈感來(lái)自于從UNIX衍生出的MINIX（由AndrewTanenbaum編寫的），并在此基礎(chǔ)上不加束縛地進(jìn)行編寫。Linux和UNIX非常接近以至于被人稱為UNIX的復(fù)制品。整個(gè)設(shè)計(jì)是為了讓UNIX在Intel微處理器上更有效地運(yùn)行。如今Linux可以運(yùn)用到各種平臺(tái)上，而且在程序員和商業(yè)用戶中變得越來(lái)越流行。4.2.3UNIX和LinuxLinux的源代碼是帶著通用公共許可證（GeneralPublicLicense，GPL）發(fā)布的，即允許任何人為個(gè)人使用而復(fù)制、轉(zhuǎn)送他人或出售。這種許可政策鼓勵(lì)了編程人員繼續(xù)開發(fā)Linux的實(shí)用程序、軟件和改進(jìn)版本。Linux保留有許多UNIX的技術(shù)特點(diǎn)，例如，多任務(wù)處理和多用戶功能。它也是一種安全可靠的系統(tǒng)。Linux主要在Web上發(fā)布。Linux通常比Windows和Mac桌面操作系統(tǒng)需要更多的修補(bǔ)。Linux下能運(yùn)行的程序數(shù)量相對(duì)有限，這也使得非技術(shù)用戶在為他們的桌面計(jì)算機(jī)和筆記本電腦挑選操作系統(tǒng)時(shí)，不傾向于選擇Linux?，F(xiàn)在有數(shù)量不斷增加的高質(zhì)量的開源軟件可以在Linux平臺(tái)上使用，但許多應(yīng)用軟件都是面向企業(yè)和專業(yè)用戶的。4.2.3UNIX和Linux許多網(wǎng)站會(huì)提供Linux發(fā)行版，即一個(gè)包括了Linux內(nèi)核、系統(tǒng)實(shí)用程序、圖形用戶界面、應(yīng)用程序和安裝程序的軟件包。初學(xué)者易用的Linux發(fā)行版本包括Fedora、Mandrivia、SUSE和Ubuntu。早先為上網(wǎng)本設(shè)計(jì)的GoogleChromeOS也是構(gòu)建在Linux內(nèi)核之上的。4.3手持設(shè)備操作系統(tǒng)手持設(shè)備（handhelddevice）也稱移動(dòng)設(shè)備（mobiledevice，cellphonedevice）、口袋電腦（PocketPC）等，是一種外形小巧、口袋大小的便攜式計(jì)算設(shè)備，通常有一個(gè)小的顯示屏幕，觸控輸入或是小型鍵盤，允許用戶在上面安裝常被稱為“應(yīng)用（APP）”的應(yīng)用軟件。由于通過(guò)它可以隨時(shí)隨地訪問(wèn)獲得各種信息，這一類設(shè)備很快變得流行起來(lái)。手持設(shè)備現(xiàn)在有三類，即加強(qiáng)版媒體播放器、智能手機(jī)和平板電腦。加強(qiáng)版媒體播放器（例如iPodTouch）除了具有播放音樂和視頻的基本功能外，還具有攝像頭，可以訪問(wèn)因特網(wǎng)，并能安裝使用各種各樣的應(yīng)用。加強(qiáng)版媒體播放器一般不具有手機(jī)的移動(dòng)通信功能。4.3手持設(shè)備操作系統(tǒng)當(dāng)出門在外時(shí)，媒體播放器很適合用來(lái)聽音樂和看視頻。它們是旅途中貼心的娛樂設(shè)備，因?yàn)槲覀儾槐叵袷褂弥悄苁謾C(jī)時(shí)那樣總擔(dān)心電量用盡。加強(qiáng)版媒體播放器通常有個(gè)3.5英寸的屏幕。像iPodTouch