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1、1,西安交通大学,大学计算机基础,2005年,2,第3章 操作系统基础,3.1 操作系统概述 3.2 操作系统的基本功能 3.3 Windows 2000操作系统 3.4 Linux操作系统,3,3.1 操作系统概述,3.1.1 什么是操作系统 计算机系统由硬件系统和软件系统组成，其中，软件系统又分为系统软件和应用软件两大类，系统软件包括操作系统和系统应用程序。没有任何软件支持的计算机称为裸机，操作系统（OS）就是配置在裸机上的第一层软件，是对硬件系统功能的第一次扩充。其他所有的系统应用程序，如语言处理程序、连接装配程序、工具软件等，以及大量的面向用户的应用软件，都依赖于操作系统的支持，得到它
2、的服务。,4,图3-1 计算机系统层次结构图,5,3.1.2 操作系统的作用,OS是一组控制和管理计算机软、硬件资源，为用户提供便捷使用计算机的软件。 它在整个系统中的作用体现在以下3个方面。 是计算机系统资源的管理者。 是硬件与其他软件系统的接口，或者说是用户和计算机之间进行“交流”的界面（窗口）。 是对硬件系统功能的扩充。,6,图3-2 OS的接口功能示意图,7,图3-3 OS层次模型,8,3.1.3 操作系统的目标,在计算机硬件系统上配置OS的主要目标如下。 方便性。 有效性。 可扩充。 开放性。,9,3.1.4 操作系统分类,根据OS的使用环境和对作业的处理方式，可以将OS分为以下几种
3、基本类型： 批处理操作系统（Batch Processing Operating System）； 分时操作系统（Time Sharing Operating System）； 实时操作系统（Real Time Operating System）； 个人计算机操作系统（Personal Computer Operating System）； 分布式操作系统（Distributed Operating System）； 网络操作系统（Network Operating System）； 嵌入式操作系统（Embedded Operating System）。,10,1批处理操作系统 批处理OS是一
4、种早期的大型机使用的OS，现代OS中大都具有批处理功能。图3-4给出了批处理系统中作业处理的步骤及状态。,11,图3-4 批处理系统中作业处理步骤及状态,12,批处理系统的突出特点是“批量”处理，它把提高系统处理能力作为主要设计目标。其主要特征是： 用户脱机使用计算机，操作方便； 成批处理，提高了CPU利用率。,13,2分时操作系统 分时OS是指多用户通过终端共享一台主机CPU的工作方式。,14,图3-5 分时系统中CPU时间片示意图,15,3实时操作系统 实时OS是实时控制系统和实时处理系统的统称。 所谓实时就是要求系统及时响应外部条件的要求，在规定的时间内完成处理，并控制所有实时设备和实时
5、任务协调一致地运行。,16,4个人计算机操作系统 个人计算机上的OS是一种联机交互式的单用户OS，它提供的联机交互功能与通用分时OS所提供的相似。,17,5分布式操作系统 分布式OS是指通过网络将大量计算机连接在一起，以获取极高的运算能力、广泛的数据共享以及实现分散资源管理等功能为目的的一种OS。它的优点是： 分布性 可靠性,18,6网络操作系统 网络OS是基于计算机网络的OS，它的功能包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。网络OS的目标是用户可以突破地理条件的限制，方便地使用远程计算机资源，实现网络环境下计算机之间的通信和资源共享。例如，Novell Netware和Window
6、s NT就是网络OS。,19,7嵌入式操作系统 嵌入式OS是指运行在嵌入式系统环境中，对整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的OS。嵌入式OS具有通用OS的基本特点，能够有效管理复杂的系统资源。,20,8中文操作系统 我国具有自主版权的中文OS，是1999年12月中软总公司推出的高端操作系统COS1*64 V5.0。 OS种类繁多，但基本目的只有一个：即要实现在不同环境下为不同应用目的提供不同形式和不同效率的资源管理，以满足不同用户的操作需要。,21,3.1.5 操作系统的特征,所有的OS都具备以下几点基本特征。 并发性。 共享性。 由于资源的属性
7、不同，程序对资源共享的方式也不同。通常可分为如下两种资源共享方式。 互斥共享方式： 同时访问方式： 虚拟性。 异步性。 不确定性。,22,3.1.6 典型操作系统,1MS-DOS操作系统 MS-DOS是美国微软公司为16位字长计算机开发的、基于字符（命令行）方式的单用户、单任务的个人计算机OS。 2Windows操作系统 Windows操作系统是目前微机系统中配置的主流OS，是微软公司为32位PC开发的一个多任务的OS，它采用图形窗口界面，使用户对计算机的各种复杂操作只需通过点击鼠标即可轻松地实现。,23,图3-6 Windows XP桌面及窗口示意图,24,3UNIX操作系统 UNIX是通用
8、、交互式、多用户和多任务应用领域的主流OS之一，也是目前惟一能在各类计算机硬件平台上稳定运行的OS。 UNIX系统主要具有如下特性。 多用户、多任务。 开放性。 功能强大、实现效率高，但规模小。 具有完备的网络功能。 支持多处理器功能。 友好的用户界面。 可靠的系统安全性 可移植性好。 设备独立性。,25,4Linux Linux是20世纪90年代推出的一个多用户、多任务的OS。它与UNIX系统完全兼容，具有UNIX系统最新的全部功能和特性。它是Windows系统的对手，是UNIX系统的补充。,26,3.2 操作系统的基本功能,3.2.1 处理机管理 处理机管理（进程管理）是操作系统的基本功能
9、之一，其主要任务是对处理机进行合理分配。 进程是执行起来的程序，是系统进行资源调度和分配的一个独立单位。 1程序的执行方式 采用顺序执行的程序具有如下特点。 顺序性。 封闭性。 可再现性。,27,图3-7 并行计算的先后次序,28, 间断性。 失去封闭性。 不可再现性。,29,2进程的概念 进程是指程序在一个数据集合上运行的过程，是执行起来的程序，是系统进行资源分配和调度运行的一个独立单位。习惯上，我们定义进程为：程序的一次执行。从软件结构的构造角度讲，进程是由“程序+数据+进程控制块”构成。,30,进程具有以下6个基本特性。 动态性。 并发性。 独立性。 异步性。 结构特征。 制约性。,31
10、,3进程状态及其转换 进程有3种基本状态。 就绪状态： 运行状态： 等待状态：,32,图3-8 进程状态转换示意图,33,4进程控制 进程控制的主要任务是调度和管理进程从“创建”到“消亡”的整个生存周期中的所有活动，包括创建进程、转变进程的状态、执行进程和撤销进程等操作。 根据OS的要求不同，PCB所包含的内容多少会有些不同，但通常进程控制块包含的信息如下。 描述信息： 调度控制信息： 现场信息： 资源信息：,34,5进程与程序的区别 进程至少有两个方面的性质，一是它的活动性，二是它的并发性， 它们的区别表现在以下几个方面。 进程是动态的，程序是静态的。进程是执行的程序。 进程是暂时的，程序是
11、永久的。进程是一个状态变化的过程，而程序是可以永久保存的。 进程与程序的组成不同： 进程与程序是密切相关的。,35,6进程与作业的关系 作业是用户需要计算机完成某项任务时要求计算机所做工作的集合，进程是已提交到内存的正在执行的程序，是向系统申请资源分配的基本单位；任一进程，只要被创建，总有相应的部分存在于内存中，而作业则是存放外存储器中。 一个作业可由多个进程组成，且必须至少由一个进程组成，但反之不成立。 作业的概念主要用在批处理系统中，在分时系统（如UNIX）中没有作业概念；而进程的概念则用在几乎所有的多道系统中。,36,3.2.2 存储器管理,3.2.2 存储器管理 1存储器管理的功能 存
12、储器管理应具有以下功能。 内存的分配和回收： 地址变换： 扩充内存： 存储保护：,37,2程序的装入和链接 将一个用户源程序变为一个可在内存中执行的程序，需要经过以下步骤。 编译： 链接： 装入：,38,图3-9 将源程序变为可执行程序的过程,39,3重定位 下边仅简要介绍重定位装入方式。 （1）重定位及相关概念 （2）重定位的类型划分 重定位分为两类： 静态重定位 动态重定位,40,图3-10 动态重定位示意图,41,4虚拟存储器 5存储管理方式 下面以页式管理为例，介绍分页存储管理的基本思想。 （1）分页原理,图3-11 分页系统中的逻辑地址结构,42,（2）页表 （3）基本地址变换机构,
13、图3-12 页表的作用,43,图3-13 分页系统的地址变换示意图,44,3.2.3 文件管理 1文件和文件系统 （1）文件 （2）文件系统 2文件分类,45,（1）按用途分类 按用途可以将文件分为以下几类。 系统文件： 库文件： 用户文件： （2）按保护级别分类 只读文件： 读写文件： 执行文件： 不保护文件：,46,（3）按数据形式分类 源文件： 目标文件： 可执行文件： 3文件结构 （1）文件的逻辑结构 （2）文件的物理结构 常见的文件物理结构有以下几种形式。 顺序结构。 链接结构。 索引结构。,47,4文件目录管理 （1）文件目录 它包含的具体内容因操作系统而异，但至少应包括以下信息。
14、 文件名： 文件的结构： 文件的物理位置： 存取控制信息： 管理信息： （2）文件目录结构 单级目录结构 二级目录结构,48,图3-14 二极目录结构,49,（3）多级目录结构 为了便于系统和用户更灵活方便地组织管理和使用各类文件，将二级目录的层次关系加以推广，便形成了多级目录结构，又称为树型目录结构。,50,3.2.4 设备管理 1设备管理的主要任务 设备管理的主要任务如下。 选择和分配I/O设备以便进行数据传输操作。 控制I/O设备和CPU（或内存）之间交换数据。 为用户提供一个友好的透明接口，把用户和设备的硬件特性分开，使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设备，系统按用户要求控制设备工作
15、。 提高设备和设备之间、CPU和设备之间以及进程和进程之间的并行操作度，以使OS获得最佳效率。,51,2设备管理的功能 为了完成上述主要任务，设备管理程序一般应具备以下功能。 进行设备分配。 设备处理。 缓冲管理。 设备分配。,52,3设备分类 下面列举几种常见的分类方法。 （1）按设备的从属关系分类 （2）按设备的共享属性分类 （3）按信息交换单位分类,53,3.2.5 用户接口,1命令接口 使用操作命令进行作业控制的主要方式有脱机控制方式和联机控制方式两种。 脱机控制方式： 联机控制方式： 2程序接口 3图形用户接口,54,3.3 Windows 2000操作系统,3.3.1 Windows总体结构,图3-15 Windows体系结构,55,14种基本类型的用户模式进程 （1）系统支持进程： （2）服务进程： （3）用户应用程序： （4）环境子系统： 2Windows 2000的内核模式组件 （1）Windows 2000的执行程序： （2）Windows 2000的内核： （3）设备驱动程序： （4）硬件抽象层： （5）窗口和图形系统：,56,3.3.2 Windows注册表管理,1注册表的概念 注册表（Registry）是系统用于配置数据的中心，是一个分层结构的管理数据库，其中记录了用户安装在
