同方 第3章3.2 操作系统

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1、3.2 计算机操作系统,3.2.1 什么是操作系统 3.2.2 多任务处理 3.2.3 文件与文件管理 3.2.4 存储管理 3.2.5 设备管理 3.2.6 常用操作系统,3.2.1 什么是操作系统,什么是操作系统(OS)？,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,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,为什么需要操作系统？,控制基本的输入/输出操作,分配系统中的资源,管理存储器空间,监测计算机运行和故障,维护计算机安

2、全,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,复习：基本输入输出系统BIOS,基本输入/输出系统是存放在主板上只读存储器(flash ROM) 中的一组程序（也称为firmware, 固件 ） 主要包含4个部分： 加电自检程序 (诊断计算机故障) 系统自举（装入）程序 (启动计算机工作) CMOS设置程序 (设定和修改计算机配置) 基本外围设备的驱动程序 (控制基本

3、的I/O操作) 计算机断电后，BIOS程序和CMOS中的数据仍保持不变 需要时BIOS程序可以升级(update),操作系统的启动(boot up),ROM BIOS,RAM,CPU,CMOS,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

4、导(wizard)，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,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，什么是多任务处理？,“任务”指

5、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,多任务处理举例,制作PPT讲稿,查看文件夹内容,收发电子邮件,播放音乐,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

6、就会在任务栏上显示一个相应的任务按钮(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“叉子”按钮 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的任务管理器，强迫结束任务,OS如何支持多任务处理？,为什么

8、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： 按时间片轮转（10-20ms为1个时间片 ） 按优先级调度,任务的基本单位,当CPU为所有任务轮流服务时，调度的不是任务本身（有的任务非常大），而是进程（程序的一次执行过程） 进程是

9、一种相对小的概念，他是操作系统调度的基本单位。 所以操作系统的多任务分时处理在CPU执行的时候就是多进程的并行处理（特别是在多CPU的系统中更可以做到由不同的CPU完成不同的进程）,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

10、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区别,3.2.3 存储管理和虚拟存储器,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,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？,为每个任务分配存储空间，任务结束之后收回存储空间 对存储空间进行保护 保护操作系统所在区域不被应

11、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 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),虚拟存储器示意图,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 文件及其管理,“

12、文件”概念的由来,（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 一张数码相片 一只MP3歌曲 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: 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 数据文

13、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

14、.bat 常用数据文件的扩展名：,文件管理和文件系统,文件系统需要解决的问题： 有效管理外存储器的存储空间 实现对文件方便而快速的存取操作 对软盘、硬盘、光盘、优盘等不同外存储器实现统一管理 统一本地文件/远程文件的存取操作 实现文件的安全存取,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

15、务处理功能 网络服务器上安装运行的是“网络操作系统”，特点是： 具有强大的多用户并发处理能力 支持多种网络通信功能，提供丰富的网络应用服务 安全性强，可靠性好 军事指挥和武器控制系统、电网调度和工业控制系统、证券交易系统等， 安装运行的是“实时操作系统”，特点是： 对外部事件能快速作出响应， 具有很高的可靠性和安全性 嵌入式计算机应用中运行的是“嵌入式操作系统”，特点是： 快速、高效、具有实时处理功能 代码非常紧凑，存储需求小,微软Windows操作系统,特点： 提供了多任务处理能力 在个人计算机上广泛使用 采用图形用户界面，简化计算机操作 版本的演变：,UNIX和Linux操作系统,都是主流操作系统，主要用于： 在巨型机、大型机上作为网络操作系统使用 经过裁剪后可用于嵌入式系统 关于Linux 属于自由软件(开源软件)，原创者是芬兰青年学者李努斯.托瓦尔兹(Linus Torvalds) 应用软件越来越多，用户正在快速壮大，许多商业软件公司也加入了这一行列,