1、大学计算机基础大学计算机基础三、操作系统三、操作系统主要内容主要内容:3.1 3.1 操作系统的功能操作系统的功能3.2 3.2 文件及磁盘管理文件及磁盘管理3.3 3.3 程序与进程程序与进程3.4 Windows XP3.4 Windows XP操作系统操作系统3 3 操作系统操作系统主要内容主要内容:为什么要有操作系统？为什么要有操作系统？什么是操作系统？什么是操作系统？操作系统的功能操作系统的功能操作系统的特征操作系统的特征操作系统的分类操作系统的分类3.1 3.1 操作系统功能操作系统功能为什么要有操作系统？为什么要有操作系统？从用户角度来看，计算机系统应该是一个稳定的、从用户角度来
2、看，计算机系统应该是一个稳定的、对用户友好、便于操作的平台。对用户友好、便于操作的平台。机器系统操作系统语言编译系统应用系统用户机器系统操作系统语言编译系统应用系统用户n但是，实际上用户对硬件直接进行操作是极其困难、甚但是，实际上用户对硬件直接进行操作是极其困难、甚至是不可能的。至是不可能的。 n怎么办？怎么办？ 操作系统操作系统（Operating SystemOperating System）是一种）是一种管理、调度、控制管理、调度、控制计计算机系统资源（硬件和软件资源），算机系统资源（硬件和软件资源），合理组织合理组织计算机的工作计算机的工作流程，流程，方便用户使用和可扩展方便用户使用和
3、可扩展的计算机程序模块的集合的计算机程序模块的集合（系统软件）。（系统软件）。裸机裸机操操作作系系统统各各种种应应用用程程序序操作系统与操作系统与计算机系统计算机系统操作系统是操作系统是计算机的灵魂计算机的灵魂什么是操作系统？什么是操作系统？ 操作系统和虚拟计算机操作系统和虚拟计算机v 用户面对的是一个整体用户面对的是一个整体的计算机系统，分为虚拟的计算机系统，分为虚拟机和物理机两个部分。机和物理机两个部分。 v 用户实际操作的是虚拟用户实际操作的是虚拟机，物理机是由机，物理机是由OSOS管理和管理和操作的。操作的。 v 优点：优点：将复杂的物理操将复杂的物理操作剥离并下移，交给作剥离并下移，
4、交给OSOS去去处理。处理。多级虚拟机器实际机器，使用微指令系统和机器指令系统，直接操控机器硬件应用语言虚拟机，使用各种专用应用语言，实现专业应用领域用户对计算机的操作。例如人工智能语言PROLOG程序设计语言虚拟机，使用各种程序设计语言，实现程序员级用户对计算机的操作。例如汇编语言、C语言操作系统虚拟机，使用OS控制语言，实现用户对计算机的操作。例如，交互操作命令计算机系统物理机器专业应用领域用户程序员用户普通用户硬件系统用户系统设计者多级虚拟机器实际机器，使用微指令系统和机器指令系统，直接操控机器硬件应用语言虚拟机，使用各种专用应用语言，实现专业应用领域用户对计算机的操作。例如人工智能语言
5、PROLOG程序设计语言虚拟机，使用各种程序设计语言，实现程序员级用户对计算机的操作。例如汇编语言、C语言操作系统虚拟机，使用OS控制语言，实现用户对计算机的操作。例如，交互操作命令计算机系统物理机器专业应用领域用户程序员用户普通用户硬件系统用户系统设计者用户用户打印打印2份份报告！报告！操作系统的功能操作系统的功能v 处理机管理处理机管理有效地、合理地分配有效地、合理地分配CPUCPU的时间。的时间。v 存储管理存储管理完成存储分配、地址转换、信息保护以及存储扩充等工作。完成存储分配、地址转换、信息保护以及存储扩充等工作。v 设备管理设备管理对各种各样的设备进行有效地管理，为用户提供方便的操
6、作，对各种各样的设备进行有效地管理，为用户提供方便的操作，提高设备的利用率。提高设备的利用率。v 文件管理文件管理对文件进行组织管理、提供方便的存取和文件的安全保证机制。对文件进行组织管理、提供方便的存取和文件的安全保证机制。操作系统的特征操作系统的特征 并发性并发性 两个或两个以上的事件在同一时间间隔中发生。两个或两个以上的事件在同一时间间隔中发生。 在早期的计算机系统中，一旦程序开始运行，就占用了这个在早期的计算机系统中，一旦程序开始运行，就占用了这个系统的所有空间，直到运行结束，这就是单道程序系统。系统的所有空间，直到运行结束，这就是单道程序系统。 任何时刻内存中只允许一个程序在系统中运
7、行任何时刻内存中只允许一个程序在系统中运行, ,正在运行的程正在运行的程序控制了这个系统的资源，一个程序完全运行结束后才能运行序控制了这个系统的资源，一个程序完全运行结束后才能运行下下一个程序。一个程序。 程序程序A 程序程序B 程序程序C 执行执行 执行执行 执行执行 内 存时 间t单道程序系统中程序顺序执行示意图单道程序系统中程序顺序执行示意图多道程序系统中程序交替执行示意图多道程序系统中程序交替执行示意图程序程序A 程序程序B 程序程序C 执行执行 等待等待 内 存时 间t执行执行 执行执行 等待等待 等待等待 等待等待 执行执行 等待等待 等待等待 等待等待 执行执行 执行执行 在多道
8、程序系统中，在多道程序系统中，“并发并发”是指宏观上在一段时间是指宏观上在一段时间内可以内可以“同时同时”运行多个程序。对于只有一个处理器的情运行多个程序。对于只有一个处理器的情况，多个进程在极短的时间内交替执行，而用户并察觉不况，多个进程在极短的时间内交替执行，而用户并察觉不到这种交替动作。比如我们在使用计算机时可以一边听音到这种交替动作。比如我们在使用计算机时可以一边听音乐，一边调试程序。乐，一边调试程序。 等待指等待等待指等待CPUCPU或系统资源，处于等待状态的程序虽或系统资源，处于等待状态的程序虽 不不占占 CPU,CPU,但仍然驻留内存但仍然驻留内存. .操作系统的特征操作系统的特
9、征举例：有三个程序举例：有三个程序X X、Y Y、Z Z同时进入内存开始运行：同时进入内存开始运行：一台一台CPUCPU，两台，两台IOIO设备，能同时动作；设备，能同时动作；优先级：优先级：X X最高，最高，Y Y次之，次之，Z Z最低；最低；设设X X、Y Y、 Z Z同时开始运行；同时开始运行；分别观察其单道和多道处理的情况。分别观察其单道和多道处理的情况。 程序程序XIO260msCPU20msIO130msCPU10msIO140msCPU20msIO120ms程序程序YIO130msCPU40msIO270msCPU30msIO230ms程序程序ZCPU40msIO160msCPU
10、30msIO270ms时间时间（ms）CPU IO50100150200250300160170180190110120130306080 90220210230240CPUIO1IO250100150200250160170180110120130220210230240ZYXY ZXYZXZXXZXYXYYZ操作系统的特征操作系统的特征 共享性共享性多个并发执行的程序可以共同使用系统的资源（硬多个并发执行的程序可以共同使用系统的资源（硬件和软件）。件和软件）。（1 1）互斥共享：如打印机，一个使用，其他等待。）互斥共享：如打印机，一个使用，其他等待。 （2 2）同时访问：磁盘、处理机，一段
11、时间内同时）同时访问：磁盘、处理机，一段时间内同时访问。访问。例例 :公共地段交通十字路口的控制：公共地段互斥交通十字路口的控制：公共地段互斥操作系统的特征操作系统的特征 虚拟性虚拟性 通过虚拟技术把一个物理设备虚拟为多个逻辑设备通过虚拟技术把一个物理设备虚拟为多个逻辑设备. .。如处理机、共享打印机、虚拟内存。使用户在使用时感觉如处理机、共享打印机、虚拟内存。使用户在使用时感觉好像有多个设备在为其服务。好像有多个设备在为其服务。用户用户1用户用户2用户用户3输出输出输出输出输出输出打印打印打印机打印机主主 机机操作系统的分类操作系统的分类DOS图形用户界面操作系统图形用户界面操作系统命令行界
12、面命令行界面操作系统操作系统多用户操作系统多用户操作系统单用户操作系统单用户操作系统多任务操作系统多任务操作系统单任务操作系统单任务操作系统分时操作系统分时操作系统批处理系统批处理系统实时操作系统实时操作系统分布式操作系统分布式操作系统个人计算机操作系统个人计算机操作系统网络操作系统网络操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统操操作作系系统统按任务数按任务数按用户界面按用户界面按用户数按用户数按系统功能按系统功能操作系统的分类（按系统功能）操作系统的分类（按系统功能）批处理系统批处理系统（Batch Processing System) ) 批处理系统批处理系统是一种是一种“成批成批”处理用户作业
13、的操作系统。处理用户作业的操作系统。n处理过程：处理过程： 用户根据任务需求编制好程序，准备好数据，一用户根据任务需求编制好程序，准备好数据，一次提交给系统，然后不再与作业进行交互，直到作业次提交给系统，然后不再与作业进行交互，直到作业运行完毕。按指定时间收取运行报告后，才能根据输运行完毕。按指定时间收取运行报告后，才能根据输出结果分析，确定是否需要进行修改再次上机。出结果分析，确定是否需要进行修改再次上机。 用户提交的作业不是立即执行，由系统操作员分批用户提交的作业不是立即执行，由系统操作员分批进行处理，每批中的作业由操作系统控制执行。进行处理，每批中的作业由操作系统控制执行。 在早期的操作
14、系统使用，目前已经不多见。在早期的操作系统使用，目前已经不多见。分时操作系统分时操作系统(Time Sharing System) 分时系统是一种将分时系统是一种将CPUCPU时间划分成很小的时间片，按时间时间划分成很小的时间片，按时间片轮转法分配给多个终端用户使用的操作系统。片轮转法分配给多个终端用户使用的操作系统。n 处理过程：处理过程： 多个用户或程序分时共享硬件和软件资源，每个用户或程多个用户或程序分时共享硬件和软件资源，每个用户或程序在属于自己的时间片内使用计算机，依次轮转。多用户分时序在属于自己的时间片内使用计算机，依次轮转。多用户分时是当今操作系统中普遍采用的一种方式是当今操作系
15、统中普遍采用的一种方式,UNIX,UNIX就是典型的多用就是典型的多用户分时操作系统户分时操作系统. . CPU终端终端1终端终端2终端终端3终端终端4终端终端1 实时系统是指对于特定的输入，系统能够在极短的时间实时系统是指对于特定的输入，系统能够在极短的时间内作出响应，并完成对该输入请求处理的操作系统。内作出响应，并完成对该输入请求处理的操作系统。n处理过程：处理过程： 实时系统采用了时间片分时技术，也具有及时性，多路实时系统采用了时间片分时技术，也具有及时性，多路性，独占性和交互性等四个特征。不过，实时操作系统与分性，独占性和交互性等四个特征。不过，实时操作系统与分时系统之间还是有很大的区
16、别的。实时系统一般是专用的，时系统之间还是有很大的区别的。实时系统一般是专用的，其交互能力比较差，它只允许用户访问数量有限的专用程序。其交互能力比较差，它只允许用户访问数量有限的专用程序。n主要特征：主要特征： - - 实时性实时性 - - 可靠性可靠性n主要应用：飞机售票系统，航天发射系统，生产过程自动控主要应用：飞机售票系统，航天发射系统，生产过程自动控制、制、事务处理等有实时要求的领域。事务处理等有实时要求的领域。实时操作系统实时操作系统( (Real Time Operating System) ) 分布式系统是指通过计算机网络将物理上分布的具有自治分布式系统是指通过计算机网络将物理上
17、分布的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统互连起来，实现信息交换或功能的数据处理系统或计算机系统互连起来，实现信息交换或资源共享，协作完成处理任务的操作系统。资源共享，协作完成处理任务的操作系统。n 处理过程：处理过程： 以计算机网络为基础，所有系统任务可在系统中任何处理以计算机网络为基础，所有系统任务可在系统中任何处理机上运行，自动实现全系统范围内的任务分配并自动调度各处机上运行，自动实现全系统范围内的任务分配并自动调度各处理机的工作负载。理机的工作负载。n 基本特征：基本特征： - - 功能和任务的分布性功能和任务的分布性 - - 高可靠性高可靠性分布式操作系统分布式操作系统( (Dis
18、tributed Operating System） 网络操作系统是在通常操作系统功能的基础上提供网络通网络操作系统是在通常操作系统功能的基础上提供网络通信和网络服务功能的操作系统。信和网络服务功能的操作系统。n 主要性能：主要性能： 除具有一般操作系统的基本功能外，还应具有网络管理模除具有一般操作系统的基本功能外，还应具有网络管理模块。负责管理整个网络资源，保证网络中信息传输的准确性、块。负责管理整个网络资源，保证网络中信息传输的准确性、安全性和保密性，提高系统资源的利用率和可靠性。安全性和保密性，提高系统资源的利用率和可靠性。 网络功能与操作系统的结合程度是网络操作系统的重要性网络功能与操
19、作系统的结合程度是网络操作系统的重要性能指标。早期的做法是通常操作系统附加网络软件，过渡到网能指标。早期的做法是通常操作系统附加网络软件，过渡到网络功能成为操作系统的有机组成部分。络功能成为操作系统的有机组成部分。n 代表产品：代表产品：NetwareNetware、UNIXUNIX、LinuxLinux及及WindowsWindows系列。系列。网络操作系统网络操作系统( (Network Operating System ) )嵌入式系统（嵌入式系统（Embedded Operating System） 嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统中，对整个嵌入式嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统中
20、，对整个嵌入式系统以及它控制的各种资源进行统一管理和调度的操作系统。系统以及它控制的各种资源进行统一管理和调度的操作系统。n 主要性能：主要性能： 嵌入式操作系统能够有效管理复杂的系统资源，具有实时嵌入式操作系统能够有效管理复杂的系统资源，具有实时高效性、软件固态化以及应用专业化等特点。嵌入式操作系统高效性、软件固态化以及应用专业化等特点。嵌入式操作系统在制造业、过程控制、家用电器的智能化控制等领域中都得到在制造业、过程控制、家用电器的智能化控制等领域中都得到了很好的应用。了很好的应用。内核可剪裁，适合各种专门用途，如手机、内核可剪裁，适合各种专门用途，如手机、PDAPDA、各种专用设备。各种
21、专用设备。n 手机操作系统手机操作系统是应用在高端智能化手机上的操作系统。目前是应用在高端智能化手机上的操作系统。目前应用在手机上的操作系统主要有应用在手机上的操作系统主要有Symbian（塞班）、（塞班）、Android（安卓）、（安卓）、iPhone（苹果）（苹果） OS、Windows Phone 7等。等。 1.DOS1.DOS Microsoft Microsoft公司研制的配置在公司研制的配置在PCPC机的、单用户、机的、单用户、单任务、单任务、命令行界面的、基于磁盘的操作系统。从命令行界面的、基于磁盘的操作系统。从4.04.0版开始成为支持版开始成为支持多任务的操作系统。多任务的
22、操作系统。MS DOSMS DOS共发布了共发布了6 6版，从版，从1.0-6.221.0-6.22。 2.Windows 2.Windows 图形用户界面、多任务操作系统，目前微型计算机中使用图形用户界面、多任务操作系统，目前微型计算机中使用的主流操作系统。的主流操作系统。 如：如：Windows XP Windows XP 、Windows 7Windows 7等等 典型操作系统简介典型操作系统简介3.Mac OS Mac OS Mac OS是苹果公司开发的，只能运行在是苹果公司开发的，只能运行在MacintoshMacintosh系列机上的图形化操作系统。系列机上的图形化操作系统。Mac
23、 OSMac OS系统系统设计基于设计基于UnixUnix内核，系统设计界面合理直观，色彩内核，系统设计界面合理直观，色彩丰富，系统稳定、安全易用，处处体现创新独特的丰富，系统稳定、安全易用，处处体现创新独特的苹果公司理念。由于苹果公司理念。由于Mac OSMac OS的架构与的架构与WindowsWindows不同，不同，现在疯狂肆虐的电脑病毒几乎都是针对现在疯狂肆虐的电脑病毒几乎都是针对WindowsWindows的，的，所以很少受到病毒的袭击。所以很少受到病毒的袭击。MacMac电脑不能直接运行电脑不能直接运行WindowsWindows软件，普通的软件，普通的PCPC兼容机也不能安装苹
24、果操作兼容机也不能安装苹果操作系统。缺点是与系统。缺点是与WindowsWindows缺乏较好的兼容性。缺乏较好的兼容性。v特点：特点： - - 多用户、多任务多用户、多任务 - - 开放性开放性 - - 可移植性可移植性 - - 规模小、效能高规模小、效能高 - - 完备的网络功能完备的网络功能 - - 友好的用户界面友好的用户界面 - - 设备独立性设备独立性 - - 系统安全性好：采用树型目录结构，广泛使用在网络、系统安全性好：采用树型目录结构，广泛使用在网络、大型机和工作站中。大型机和工作站中。vUNIXUNIX的不同版本：的不同版本：IBMIBM：AIXAIX、SUNSUN：Sun
25、OSSun OS、HPHP：HP-UXHP-UX等。等。4. UNIX 4. UNIX 操作系统操作系统由由UNIXUNIX发展而来发展而来, ,源代码开放、免费的操作系统。源代码开放、免费的操作系统。v特点：特点： - - 多用户、多任务多用户、多任务 - - 开放性好开放性好 - - 稳定性高、安全可靠稳定性高、安全可靠 - - 完备的网络功能，提供了完整的网络集成，完备的网络功能，提供了完整的网络集成， - - 用户界面友好用户界面友好 - - 系统内核小，对硬件要求低系统内核小，对硬件要求低 - - 与与UNIXUNIX兼容的兼容的3232位操作系统位操作系统 - - 是一个十分优秀的
26、开发平台是一个十分优秀的开发平台 - - 具有大量的应用软件具有大量的应用软件v不同厂商根据不同厂商根据LinuxLinux的核心，开发了各种的核心，开发了各种LinuxLinux版本的程序：版本的程序：Red Hat Red Hat LinuxLinux、Turbo LinuxTurbo Linux等。国产版本：红旗等。国产版本：红旗LinuxLinux、蓝点、蓝点LinuxLinux等。等。v早期的早期的LinuxLinux主要用命令行界面操作方式，后来人们用图形视窗软件主要用命令行界面操作方式，后来人们用图形视窗软件X X Window Window 作为作为LinuxLinux操作系统的配套软件，因此在操作系统的配套软件，因此在LinuxLinux下也可以使用视下也可以使用视窗界面窗界面5. Linux5. Linux系统系统
