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1、3.2 计算机操作系统计算机操作系统3.2.1什么是操作系统什么是操作系统3.2.2多任务处理多任务处理3.2.3文件与文件管理文件与文件管理3.2.4存储管理存储管理3.2.5设备管理设备管理3.2.6常用操作系统常用操作系统23.2 操作系统3.2.1 什么是操作系统什么是操作系统33.2 操作系统什么是操作系统什么是操作系统(OS)？nOS为用户提供了一个操为用户提供了一个操作使用计算机的友善的作使用计算机的友善的用户界面用户界面nOS屏蔽了计算机中几乎屏蔽了计算机中几乎所有物理设备的技术细所有物理设备的技术细节，为开发和运行其他节，为开发和运行其他软件提供了一个高效、软件提供了一个高效
2、、可靠的平台可靠的平台计算机硬件计算机硬件 操作系统虚拟机操作系统虚拟机n没有安装任何软件的计算机称为裸机没有安装任何软件的计算机称为裸机,裸机是无法使用的裸机是无法使用的n操作系统是用于执行各种具有共性和基础性操作的软件，是操作系统是用于执行各种具有共性和基础性操作的软件，是最重要的一种系统软件，几乎所有计算机都要安装最重要的一种系统软件，几乎所有计算机都要安装OS43.2 操作系统为什么需要操作系统？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全进行计算机进行计算机之间的通信之间的通信方便用户的方便用户的操作使用操作使用提供应用
3、程提供应用程序开发平台序开发平台53.2 操作系统操作系统的重要作用操作系统的重要作用n三个主要作用：三个主要作用：1为运行的程序管理和分配各种软硬件资源为运行的程序管理和分配各种软硬件资源2为用户提供友善的人机界面（图形用户界面）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为开发和运行应用程序提供高效率的平台n其它辅助功能：其它辅助功能：n显示系统状态显示系统状态n处理软硬件错误处理软硬件错误n保护系统安全保护系统安全63.2 操作系统基本输入输出系统（基本输入输出系统（BIOS）nBIOS是存放在主板上是存放在主板上只读存储器只读存储器(flashROM)
4、中的一组程序中的一组程序（也称为（也称为firmware,固件固件）n主要包含主要包含4个部分：个部分：n加电自检程序加电自检程序(诊断计算机故障诊断计算机故障)n系统自举（装入）程序系统自举（装入）程序(装入并启动装入并启动OS工作工作)nCMOS设置程序设置程序(设定和修改计算机配置设定和修改计算机配置)n基本外围设备的驱动程序基本外围设备的驱动程序(控制基本的控制基本的I/O操作操作)n计算机断电后，计算机断电后，BIOS程序和程序和CMOS中的数据仍保持不变中的数据仍保持不变n需要时需要时BIOS程序可以升级程序可以升级(update)73.2 操作系统BIOS和操作系统的启动过程和操
5、作系统的启动过程ROMBIOS硬硬 盘盘RAM执行自举装入程序执行自举装入程序执执行行引引导导程程序序序序读读出出引引导导程程CPU执行执行加电自检程序加电自检程序装入引导程序装入引导程序装入操作系统装入操作系统CMOS？从从何何处处启启动动运运行行操操作作系系统统显示初始界面显示初始界面问题：什么是冷启动？什么是热启动问题：什么是冷启动？什么是热启动Ctrl+Alt+Delete ？在开机启动在开机启动BIOS工作时，按下工作时，按下Del键键(或或F2或或F8健健)，即可进入，即可进入BIOS中的中的CMOS设置程设置程序序83.2 操作系统3.2.1 多任务处理多任务处理93.2 操作系
6、统什么是任务，什么是多任务处理？什么是任务，什么是多任务处理？n“任务任务”指的是要计算机做的一件事，计算机执行一个任务指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通常就对应着运行一个应用程序n“单任务处理单任务处理”与与“多任务处理多任务处理”n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，任务是顺序执行的顺序执行的n多任务处理多任务处理(Multitasking)：允许计算机同时执行多个任务，任务是：允许计算机同时执行多个任务，任务是并发执行的并发执行的n多任务处理举例：多任务处理举例：n编辑编
7、辑PPT讲稿讲稿+播放音乐播放音乐+收发邮件收发邮件n多任务处理的优点：多任务处理的优点：n大大提高了用户的工作效率大大提高了用户的工作效率n大大提高了计算机的使用效率大大提高了计算机的使用效率103.2 操作系统多任务处理举例多任务处理举例制作制作PPT讲稿讲稿查查看看文文件件夹夹内内容容收收发发电电子子邮邮件件播播放放音音乐乐113.2 操作系统如何知道有哪些任务在运行？如何知道有哪些任务在运行？n每启动一个应用程序，每启动一个应用程序，OS就会打就会打开一个相应的窗口，通常一个窗开一个相应的窗口，通常一个窗口就是一个任务口就是一个任务n每启动一个应用程序，每启动一个应用程序，OS就会在就
8、会在任务栏上显示一个相应的任务按任务栏上显示一个相应的任务按钮钮(程序按钮程序按钮)，通常一个按钮就，通常一个按钮就是一个任务是一个任务n窗口可以放大或缩小，甚至可以窗口可以放大或缩小，甚至可以“最小化最小化”，但任务的运行不受，但任务的运行不受其影响其影响n使用使用“任务管理器任务管理器”程序可以了程序可以了解每个任务的运行情况解每个任务的运行情况123.2 操作系统什么是前台任务与后台任务？什么是前台任务与后台任务？n前台任务：能接受用户输入前台任务：能接受用户输入(击键或按击鼠标击键或按击鼠标)的窗口只能有的窗口只能有一个，称为活动窗口，它所对应的任务称为前台任务一个，称为活动窗口，它所
9、对应的任务称为前台任务n后台任务：除前台任务外，所有其它任务均为后台任务后台任务：除前台任务外，所有其它任务均为后台任务n前台任务与后台任务的区别：前台任务与后台任务的区别：n前台任务对应的窗口前台任务对应的窗口(活动窗口活动窗口)位于其它窗口的前面位于其它窗口的前面n活动窗口的标题栏比非活动窗口颜色更深活动窗口的标题栏比非活动窗口颜色更深(深蓝色深蓝色)n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共同点：都在计算机中运行n前台任务与后台任务的切换：前台任务与后台任务的切换：n为了输入信息到某个后台任务中去，必须切换窗口为了输入信息到某个后台任务中去，必须切换窗口(单击要
10、激活的后单击要激活的后台任务窗口的任何部位台任务窗口的任何部位,或单击任务栏中对应的任务按钮）或单击任务栏中对应的任务按钮）133.2 操作系统如何结束任务的运行？如何结束任务的运行？n每一个应用程序运行时都要占用大量的系统资源每一个应用程序运行时都要占用大量的系统资源(存储器、存储器、CPU、屏幕等、屏幕等)，所以当不再需要某个应用程序运行时，就应，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该退出这个应用程序，释放它所占用的资源n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。须
11、由用户退出该程序。nWindowsXP中退出应用程序的几种方法：中退出应用程序的几种方法：n最快速的方法，是左击应用程序窗口右上角的红色最快速的方法，是左击应用程序窗口右上角的红色“叉子叉子”按钮按钮n左击窗口左上角的控制按钮，在弹出菜单中选择左击窗口左上角的控制按钮，在弹出菜单中选择“关闭关闭”n在应用程序的在应用程序的“文件文件”菜单中，选择菜单中，选择“退出退出”n通过通过OS的任务管理器，强迫结束任务的任务管理器，强迫结束任务143.2 操作系统OS如何支持多任务处理？如何支持多任务处理？n为什么可以实现多任务处理？为什么可以实现多任务处理？nCPU速速度度极极高高，且且有有时时不不止
12、止1个个，必必须须并并且且可可以以充充分分发发挥挥CPU的效能的效能nCPU与与I/O(外围设备外围设备)可以并行工作，可以并行工作，CPU不必等待不必等待I/O完成完成n各个外围设备之间可以并行工作各个外围设备之间可以并行工作n实现多任务处理要解决哪些问题？实现多任务处理要解决哪些问题？n任务多，任务多，CPU少，如何管理和调度少，如何管理和调度n存储器空间如何分配和管理存储器空间如何分配和管理n I/O设备和设备和I/O操作如何管理和控制操作如何管理和控制n谁来解决上述问题？谁来解决上述问题？n不是应用程序自己，而是操作系统不是应用程序自己，而是操作系统(OS) !153.2 操作系统CP
13、U的管理（处理器管理）的管理（处理器管理）n目的：让目的：让CPU轮流为所有轮流为所有任务服务任务服务n原则：公平性；优先级；原则：公平性；优先级；负载均衡负载均衡n方法：方法：n按时间片轮转（按时间片轮转（10-20ms为为1个时间片个时间片）n按优先级调度按优先级调度任务任务1任务任务2任务任务3任务任务4任务任务5时间时间时间时间任任务务163.2 操作系统Windows中的处理器管理中的处理器管理nWindows为了确保每个已经启动的任务都有机会运行，它采用为了确保每个已经启动的任务都有机会运行，它采用“抢先式抢先式”多任务处理技术：多任务处理技术：n由硬件计时器大约每由硬件计时器大约
14、每10-20ms发出发出1次中断信号，次中断信号，Windows立即暂停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去运行去运行n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停执行在执行的任务就会被强行暂停执行n上述的任务调度，每秒钟要进行几十次几百次上述的任务调度，每秒钟要进行几十次几百次n实际上，操作系统本身的若干程序也是与应用程序同时运行的，它们一实际上，操作系统本身的若干程序也是与应用程序同时运行的，它
15、们一起参与起参与CPU时间的分配。当然，不同程序的重要性不完全一样，它们获时间的分配。当然，不同程序的重要性不完全一样，它们获得得CPU使用权的优先级也有区别使用权的优先级也有区别173.2 操作系统附：多任务处理与多核附：多任务处理与多核CPUnCPU瞬间可同时执行的线程瞬间可同时执行的线程(任务任务)数目数目:n单核单核CPU：1双核双核CPU：2四核四核CPU：4InstructionsResults aresequenced1.就绪线程排就绪线程排队等候进入队等候进入CPU处理处理2.那一个那一个CPU空闲，就把等空闲，就把等候的线程交给候的线程交给它执行它执行3.每个每个CPU负负责
16、完成分配给责完成分配给它的线程它的线程（注：假设CPU不具备超线程功能）183.2 操作系统3.2.3 存储管理和虚拟存储器存储管理和虚拟存储器193.2 操作系统操作系统运行时内存的态势操作系统运行时内存的态势 内内 存存 储储 器器其它计算机硬件其它计算机硬件应用程序接口应用程序接口(API)处理器处理器管理管理文件文件管理管理存储存储管理管理文件系统，网络通信程序文件系统，网络通信程序设备驱动程序设备驱动程序设备设备管理管理窗口窗口管理管理应用应用 程序程序1应用应用 程序程序2应用应用 程序程序3用户用户 接口外壳接口外壳应用应用 程序程序k用用 户户操操作作系系统统正在运行的正在运行
17、的应用程序应用程序203.2 操作系统系统运行时内存储器的布局系统运行时内存储器的布局n内存储器空间划分为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在运行的应用程序操作系统区操作系统区用户区用户区内存储器内存储器应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序3应用程序应用程序4应用程序应用程序5n分析：分析：n允许同时运行多少程序？数目有没有限制？允许同时运行多少程序？数目有没有限制？n程序的大小和数据的规模受不受限制？程序的大小和数据的规模受不受限制？n程序与程序相互之间会不会互相干扰？程序与程序相互之间会不会互
18、相干扰？每个应用程序每个应用程序运行时均有属运行时均有属于它自己的存于它自己的存储器空间，用储器空间，用来存储它自己来存储它自己的程序代码和的程序代码和数据数据213.2 操作系统“存储管理存储管理”需要解决哪些问题？需要解决哪些问题？1.为每个任务分配存储空间，任务结束之后收回存储为每个任务分配存储空间，任务结束之后收回存储空间空间2.对存储空间进行保护对存储空间进行保护n保护操作系统所在区域不被应用程序修改保护操作系统所在区域不被应用程序修改n保护每个应用程序的私有区域不被其他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3.对存储空间进行扩充，使应用程序的存储空间不受对存储空间进行扩
19、充，使应用程序的存储空间不受实际存储容量大小的限制实际存储容量大小的限制解决方案解决方案虚拟存储器虚拟存储器(VirtualMemory)223.2 操作系统虚拟存储器的设计思想虚拟存储器的设计思想每个程序都在每个程序都在各自的虚拟空各自的虚拟空间中工作间中工作每个程序启动运行后，每个程序启动运行后，只有一部分代码和数只有一部分代码和数据装入内存中，其余据装入内存中，其余都放在硬盘的一个专都放在硬盘的一个专门区域中，该区域称门区域中，该区域称为为“虚拟内存虚拟内存”物理内存物理内存虚拟内存虚拟内存（pagefile.sys）虚拟空间虚拟空间2虚拟空间虚拟空间1程序运行时，程序运行时，若程序和数
20、据若程序和数据在物理内存，在物理内存，就直接访问物就直接访问物理内存理内存若程序和数据若程序和数据不在物理内存，不在物理内存，则把它们从虚则把它们从虚拟内存装入物拟内存装入物理内存后再使理内存后再使用用特点：特点：1）整个过程自动）整个过程自动完成；完成；2）程序可用内存）程序可用内存容量超过实际物理容量；容量超过实际物理容量；3）多个程序互不干扰）多个程序互不干扰操作系统操作系统233.2 操作系统交换交换区作区作为物为物理内理内存的存的补充补充页页表表虚存空间中的页面虚存空间中的页面一部分在物理内存，一部分在物理内存，一部分在硬盘中的一部分在硬盘中的虚拟内存，它们均虚拟内存，它们均登记在页
21、表中登记在页表中虚拟存储器的工作过程虚拟存储器的工作过程物理内存物理内存若物理内存若物理内存已满，需换已满，需换出一页出一页直接直接访问访问进程运行需访问某个页面中的内容时，若该页面进程运行需访问某个页面中的内容时，若该页面在物理内存，就直接访问物理内存在物理内存，就直接访问物理内存磁盘中的磁盘中的交换区交换区(虚拟内存虚拟内存)特点：特点：1）由硬件和）由硬件和OS自动完成，对程自动完成，对程序员透明；序员透明；2）程序可用内存容量允许超）程序可用内存容量允许超过实际物理容量；过实际物理容量；3）多个进程互不干扰）多个进程互不干扰根据：程序的局部性原理根据：程序的局部性原理虚虚拟拟存存储储空
22、空间间每个进程都在各自的虚每个进程都在各自的虚存空间中工作，虚存空存空间中工作，虚存空间分成许多页，程序和间分成许多页，程序和数据就安排在一个个数据就安排在一个个“页面页面”中中页面页面1页面页面2页面页面3页面页面4页面页面k查表查表页面不在页面不在物理内存物理内存从交换区从交换区读出一页读出一页243.2 操作系统Windows XP的虚拟存储器的虚拟存储器nWindowsXP操作系统中：操作系统中：n每个程序的虚存空间最大可达到每个程序的虚存空间最大可达到4GBn页面的大小通常是页面的大小通常是4KBn虚拟内存是系统盘根目录下的一虚拟内存是系统盘根目录下的一个名为个名为pagefile.
23、sys的文件，其的文件，其大小和位置用户可设置大小和位置用户可设置n使用使用“任务管理器任务管理器”可以查看：可以查看：n总的物理内存大小总的物理内存大小n可用物理内存大小可用物理内存大小n总的虚拟内存大小总的虚拟内存大小n可用虚拟内存大小等可用虚拟内存大小等253.2 操作系统3.2.4 文件及其管理文件及其管理263.2 操作系统“文件文件”概念的由来概念的由来外存储器的存取特性：外存储器的存取特性：适合于批量数据的存取，适合于批量数据的存取，不适合单个数据存取不适合单个数据存取外存储器的使用特性：外存储器的使用特性：1每次从外存读出每次从外存读出(或写或写入入)的对象是一个程序或一个的对
24、象是一个程序或一个文档、一张图片、一封邮件、文档、一张图片、一封邮件、一首歌曲一首歌曲2按对象的名字进行存取按对象的名字进行存取操作，而不是按地址存取操作，而不是按地址存取文件文件字节字节CPU（按名存取）（按名存取）（按地址存取）（按地址存取）使用使用“文件文件”来组织来组织外存储器中的信息，外存储器中的信息，并使用并使用“文件文件”作为作为外存的存取单位外存的存取单位（在操作系统中）（在操作系统中）273.2 操作系统什么是文件什么是文件(file) ？n程序和数据通常都存储在外存储器中，为了便于存取和管理，程序和数据通常都存储在外存储器中，为了便于存取和管理，它们都组织成它们都组织成“文
25、件文件(file)”n文件是存储在外存储器中的一组相关信息的集合，例如：文件是存储在外存储器中的一组相关信息的集合，例如：一个程序一个程序一张图片一张图片一只一只MP3歌曲歌曲一封邮件一封邮件n每个文件均有自己的每个文件均有自己的“文件名文件名”，用户（或软件）使用文件，用户（或软件）使用文件名读出名读出/写入（称为写入（称为“存取存取”)外存储器中的文件外存储器中的文件n文件的名字由两部分组成：文件的名字由两部分组成：(主文件名主文件名).扩展名扩展名程序文件程序文件(可执行文件可执行文件)：.dll等等数据文件：数据文件：.txt.pdf.doc.ppt.jpg.mp3等等283.2 操作
26、系统Windows XP 的文件的文件n允许使用长文件名，即文件名最多可包含允许使用长文件名，即文件名最多可包含255个中文个中文或西文字符或西文字符n英文字母的大、小写只在形式上加以区分，实际上不英文字母的大、小写只在形式上加以区分，实际上不予区别予区别（例如：（例如：Text.DOC与与text.doc是同一个文件）是同一个文件）n常用程序文件的扩展名：常用程序文件的扩展名：.dll.batn常用数据文件的扩展名：常用数据文件的扩展名：文本文件文本文件声音文件声音文件图形、图像文图形、图像文件件动画动画/视频文件视频文件Web网页文件网页文件293.2 操作系统文件的组成和文件说明信息文件
27、的组成和文件说明信息n每一个文件都由每一个文件都由2部分组成：部分组成：文件名等文件名等说明信息说明信息文文 件件 内内 容容n文件名和文件扩展名文件名和文件扩展名n文件大小文件大小(长度长度)n在磁盘上存放的起始位置在磁盘上存放的起始位置n文件时间文件时间(创建时间、最近修改创建时间、最近修改时间、最近访问时间等时间、最近访问时间等)n文件创建者文件创建者n文件属性文件属性系统文件系统文件隐藏文件隐藏文件存档文件存档文件只读文件只读文件压缩压缩加密加密编制索引编制索引303.2 操作系统选讲：选讲： 文件属性在文件管理中的作用文件属性在文件管理中的作用 n“系统系统”属性属性表示该文件属于操
28、作系统，删除时系统会给出警告，资源表示该文件属于操作系统，删除时系统会给出警告，资源管理器若不特别设置为管理器若不特别设置为“显示全部文件显示全部文件”时不会在文件列表中显示时不会在文件列表中显示n“隐藏隐藏”属性属性若资源管理器设置为若资源管理器设置为“不显示隐藏文件不显示隐藏文件”，则不会在文件，则不会在文件列表中显示出来列表中显示出来n“存档存档”属性属性文件尚未存档的标识，文件尚未存档的标识，“文件备份程序文件备份程序”通过该属性来决通过该属性来决定是否对它进行备份，新建的或备份后又修改过的文件，其存档属性为定是否对它进行备份，新建的或备份后又修改过的文件，其存档属性为1，执行备份操作
29、后存档属性为，执行备份操作后存档属性为0；n“只读只读”属性属性该文件不能修改，若进行修改必须以不同的文件名保存该文件不能修改，若进行修改必须以不同的文件名保存n“压缩压缩”属性属性文件数据保存到外存时进行数据压缩文件数据保存到外存时进行数据压缩n“加密加密”属性属性对文件内容进行了加密，以进行保护对文件内容进行了加密，以进行保护313.2 操作系统文件在磁盘中如何存储？文件在磁盘中如何存储？n磁盘分成两个区域：目录区和数据区磁盘分成两个区域：目录区和数据区n目录实质上是一张目录实质上是一张“文件名存放位置文件名存放位置”的对照表的对照表文件名文件名扩展名，文件扩展名，文件长度，时间，长度，时
30、间，属性信息等属性信息等存放位置存放位置柱面号柱面号磁道号磁道号扇区号扇区号文件文件1xxx1yyy1zzz1文件文件2xxx2yyy2zzz2文件文件kxxxkyyykzzzkn从磁盘上读出一个文件时，先在目录区中找出该文件的存放从磁盘上读出一个文件时，先在目录区中找出该文件的存放位置，然后再按此位置，从磁盘的数据区中读出该文件内容位置，然后再按此位置，从磁盘的数据区中读出该文件内容目录区，用于存放文目录区，用于存放文件的目录，即文件说件的目录，即文件说明信息明信息数据区，用于存放文件的内容数据区，用于存放文件的内容目录区目录区数据区数据区323.2 操作系统Windows XP 的文件组织
31、的文件组织n文件目录在文件目录在Windows中称为文件夹中称为文件夹n每个逻辑盘每个逻辑盘(物理盘或硬盘上的分区物理盘或硬盘上的分区)是一个根文件夹是一个根文件夹n文件夹中既可包含文件，也可包含文件夹文件夹中既可包含文件，也可包含文件夹(子文件夹子文件夹)数据数据abc.txt应用程序应用程序T1.txt概论概论P1.exePn.exe讲稿讲稿根文件夹根文件夹资料资料教案教案01.doc05.pdf02.pptn子文件夹又可存放文件和子文件子文件夹又可存放文件和子文件夹夹,形成树状多级文件夹结构形成树状多级文件夹结构为什么使用多级文件夹？为什么使用多级文件夹？1）有利于文件分类存储）有利于文
32、件分类存储2）允许文件同名）允许文件同名(在不同在不同文件夹中时文件夹中时)3）便于文件共享和保护）便于文件共享和保护 根节点和中间节根节点和中间节点都是文件夹点都是文件夹叶节点都是文件叶节点都是文件333.2 操作系统Windows XP中文件如何定位？中文件如何定位？n计算机中的每个文件都有一个确定的位置计算机中的每个文件都有一个确定的位置n文件的位置由存放文件的逻辑驱动器号、文件路径以及文件名文件的位置由存放文件的逻辑驱动器号、文件路径以及文件名组成：组成：驱动器号驱动器号(盘符盘符)+文件路径文件路径+文件名文件名例例右图中文件右图中文件02.ppt的位置是：的位置是：D:数据数据概论
33、概论讲稿讲稿02.ppt数据数据abc.txt应用程序应用程序T1.txt概论概论P1.exePn.exe讲稿讲稿D盘根目录盘根目录资料资料教案教案01.doc05.pdf02.ppt从根文件夹到文件所在文件夹所顺序经过的从根文件夹到文件所在文件夹所顺序经过的一串文件夹，其间用一串文件夹，其间用“”相互隔开相互隔开文件路径文件路径343.2 操作系统文件管理和文件系统文件管理和文件系统n文件系统需要解决的问题：文件系统需要解决的问题：1.有效管理外存储器的存储空间有效管理外存储器的存储空间2.实现对文件方便而快速的按名存取实现对文件方便而快速的按名存取3.对硬盘、光盘、优盘、存储卡等不同对硬盘
34、、光盘、优盘、存储卡等不同外存储器实现统一管理外存储器实现统一管理4.统一本地文件统一本地文件/远程文件的存取操作远程文件的存取操作5.实现文件的安全存取实现文件的安全存取User（外存储设备）外存储设备）文件系统软件文件系统软件n文件系统是文件系统是OS的一个组成部分，它负责管理计算机中的文件，的一个组成部分，它负责管理计算机中的文件，使用户使用户(和程序和程序)能很方便地进行文件的存取操作能很方便地进行文件的存取操作353.2 操作系统3.2.5 设备管理设备管理nOS中的中的“设备管理设备管理”程序负责：程序负责：n对系统中的各种输入输出设备进行管理对系统中的各种输入输出设备进行管理n处
35、理用户（或应用程序）的输入处理用户（或应用程序）的输入/输出请求，方便、输出请求，方便、有效、安全地完成输入有效、安全地完成输入/输出操作输出操作n参看本章阅读材料参看本章阅读材料3.3363.2 操作系统3.2.6 常用操作系统介绍常用操作系统介绍 373.2 操作系统操作系统的四种类型操作系统的四种类型nPC机使用的操作系统一般都具有机使用的操作系统一般都具有多任务处理多任务处理功能功能n网络服务器上安装运行的是网络服务器上安装运行的是“网络操作系统网络操作系统”，特点是：，特点是：n具有强大的多用户并发处理能力具有强大的多用户并发处理能力n支持多种网络通信功能，提供专门的网络应用服务支持
36、多种网络通信功能，提供专门的网络应用服务n安全性强，可靠性好安全性强，可靠性好n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，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，安装运行的是安装运行的是“实时操作系统实时操作系统”，特点是：，特点是：n对外部事件能在允许的时间范围内快速作出响应，对外部事件能在允许的时间范围内快速作出响应，n具有很高的可靠性和安全性具有很高的可靠性和安全性n嵌入式计算机应用中运行的是嵌入式计算机应用中运行的是“嵌入式操作系统嵌入式操作系统”，特点是：，特点是：n快速、高效、具有实时处理功能快速、高效、具有实时处理功能n代码非常紧凑，
37、存储器需求小代码非常紧凑，存储器需求小383.2 操作系统VistaWin762009Win82012微软微软Windows操作系统的演变操作系统的演变n特点：特点：n提供了多任务处理能力提供了多任务处理能力n采用图形用户界面，简化计算机操作采用图形用户界面，简化计算机操作n在个人计算机上广泛使用在个人计算机上广泛使用n版本的演变：版本的演变：Windows9x共有共有3个产品，个产品，面向家用面向家用PCWindows的最新产品的最新产品XP和和Win7既适合家庭用户也适合商业用既适合家庭用户也适合商业用户，目前有家庭版、专业版和户，目前有家庭版、专业版和64位版本等位版本等多种，它有丰富的
38、音频、视频和网络通信多种，它有丰富的音频、视频和网络通信功能功能WindowsNT和和Win2000面向商用面向商用PC机，性能较高，机，性能较高，安全性较好，提供服务器安全性较好，提供服务器版本版本393.2 操作系统对对Windows操作系统的分析操作系统的分析nWindows操作系统垄断了操作系统垄断了PC机机OS市场的市场的90%左右的份额左右的份额nWindows流行的原因：流行的原因：n有大量第三方软件和硬件产品（各种应有大量第三方软件和硬件产品（各种应用软件和显卡、鼠标器、打印机等）用软件和显卡、鼠标器、打印机等）n开发了多种版本，不同版本适应不同的开发了多种版本，不同版本适应不
39、同的硬件平台和用户群体硬件平台和用户群体n对对Windows的批评：的批评：n可靠性不够高：不稳定，系统会越来越可靠性不够高：不稳定，系统会越来越慢，甚至死机慢，甚至死机n安全性不够好：存在安全漏洞，容易受安全性不够好：存在安全漏洞，容易受到病毒、蠕虫、木马和其他攻击的侵扰到病毒、蠕虫、木马和其他攻击的侵扰WindowsOSmarketshareSourceNetMarketShare8Date2011.3Allversions89.58%WindowsXP54.39%WindowsVista10.56%Windows724.17%Windows20000.25%Windows980.03%W
40、indowsNT4.00.16%WindowsServer2003微软有可能使微软有可能使我们的我们的所有计算机停止运作或控制所有的计算机所有计算机停止运作或控制所有的计算机吗？吗？它会它会盗取企业或政府的机密盗取企业或政府的机密吗？吗？ 403.2 操作系统关于关于UNIX和和Linux操作系统操作系统413.2 操作系统UNIX操作系统操作系统n最早由最早由Bell实验室开发成功，在大学和科研单位广泛实验室开发成功，在大学和科研单位广泛使用，因特网也首先在使用，因特网也首先在UNIX系统上流行系统上流行n特色：特色：n结构简练、功能强大、可移植性好、可伸缩性和互操作结构简练、功能强大、可移
41、植性好、可伸缩性和互操作性强、网络通信功能强、安全可靠等。性强、网络通信功能强、安全可靠等。n直到直到Linux开始流行，开始流行，UNIX系统一直是使用最广泛、系统一直是使用最广泛、影响最大的主流操作系统之一影响最大的主流操作系统之一针对不同机型（个人计算机、工作站、服务器、大型机和巨针对不同机型（个人计算机、工作站、服务器、大型机和巨型机）型机），UNIX有许多不同版本的产品有许多不同版本的产品423.2 操作系统 资料：资料：LINUX的起源的起源nLinux是一种是一种“类类UNIX”的操作系统，原创者是芬兰的一名青年学者林纳斯的操作系统，原创者是芬兰的一名青年学者林纳斯托托瓦兹瓦兹(
42、LinusTorvalds)，1991年时（年时（21岁）他决定自己做一个操作系统。岁）他决定自己做一个操作系统。n开发工作在开发工作在UNIX的一个教学版本的一个教学版本Minix基础上进行，托瓦兹把源程序在网上发基础上进行，托瓦兹把源程序在网上发布，供他人试用和修改，然后再传回给他。最后的成果就成为后来众所周知的布，供他人试用和修改，然后再传回给他。最后的成果就成为后来众所周知的Linux内核内核n紧接着的两年里，紧接着的两年里，Linux内核日臻完善，完全可以内核日臻完善，完全可以作为一个产品。但托瓦兹并没有申请专利权，也不作为一个产品。但托瓦兹并没有申请专利权，也不把把Linux作为商
43、品来出售。他在自由软件联盟申请作为商品来出售。他在自由软件联盟申请了普通公共许可证了普通公共许可证(GeneralPublicLicense，GPL)，Linux内核成为一个完全自由的软件。内核成为一个完全自由的软件。n按按GPL规定，任何人可以对规定，任何人可以对Linux内核进行修改、内核进行修改、传播甚至出售，传播甚至出售，Linux的源代码始终是公开的，全的源代码始终是公开的，全世界有数以千计的程序员参与了开发工作，开发了世界有数以千计的程序员参与了开发工作，开发了各种不同的版本，使各种不同的版本，使Linux逐渐成为一个功能强大、逐渐成为一个功能强大、用途广泛的产品用途广泛的产品43
44、3.2 操作系统资料：资料：Linux内核版本的变化内核版本的变化n1991年，年，LinusTorvalds公开了公开了Linux内核内核n1993年，年，Linux转向转向GPL版权协议版权协议n1994年，年，Linux1.0的第一个商业发行版的第一个商业发行版Slackware问世问世n1996年，美国国家标准技术局确认年，美国国家标准技术局确认Linux版本版本1.2.13（由（由OpenLinux公司打包）符合公司打包）符合POSIX标准标准n1999年，年，Linux的简体中文版问世的简体中文版问世n2001年，年，Linux2.4版发布版发布n2003年，年，Linux2.6版
45、发布版发布n目前的最新版本是：目前的最新版本是：2.6.39（2011.05.19发布）发布）443.2 操作系统资料：资料：Linux内核的组成内核的组成453.2 操作系统Linux发行版及其应用发行版及其应用nLinux发行版就是常所说的发行版就是常所说的“Linux操作系统操作系统”，它包括，它包括Linux内核，安装工具，各种内核，安装工具，各种GNU软件以及其他一些自由软软件以及其他一些自由软件件n发行版是为了各种不同领域不同目的而开发的，用户遍及商发行版是为了各种不同领域不同目的而开发的，用户遍及商业、政府、教育以及家庭等不同领域业、政府、教育以及家庭等不同领域nLinux操作系
46、统在网络服务器、个人计算机、巨型机、嵌入操作系统在网络服务器、个人计算机、巨型机、嵌入式系统（如手机、游戏机、电子书阅读器、路由器等）中发式系统（如手机、游戏机、电子书阅读器、路由器等）中发挥了巨大的威力挥了巨大的威力n全球现在已经有超过全球现在已经有超过300个个Linux发行版，最普遍使用的发行发行版，最普遍使用的发行版有十多个版有十多个463.2 操作系统附附1：智能手机的操作系统：智能手机的操作系统473.2 操作系统智能手机与操作系统智能手机与操作系统n什么是智能手机（什么是智能手机（SmartPhone）？n可以自行安装和卸载应用软件的手机可以自行安装和卸载应用软件的手机n智能手机
47、的特点：智能手机的特点：n安装有手机安装有手机OS，功能可扩展，功能可扩展n具备无线接入互联网的能力具备无线接入互联网的能力n支持多任务处理支持多任务处理n具有具有PDA和多媒体功能和多媒体功能n手机操作系统的主要类型手机操作系统的主要类型lSymbian（塞班，（塞班，芬兰芬兰Nokia）lAndroid（安卓，摩托罗拉、三星等）（安卓，摩托罗拉、三星等）liOS（苹果（苹果iPhone）lWindowsMobilelBlackBerryOS手机操作系统手机操作系统483.2 操作系统3G智能手机智能手机n3G智能手机的功能：智能手机的功能：n电话，短信，电话，短信，PIM，WiFi和和3G
48、无线上网，无线上网，GPS，电子邮件，电子邮件，Web浏览器，多媒体播放，照相，收音机，手机电视等浏览器，多媒体播放，照相，收音机，手机电视等n3G智能手机的配置要求：智能手机的配置要求：1高速高速CPU芯片芯片。功能强大、功耗低、具有多媒体处理能力。功能强大、功耗低、具有多媒体处理能力2存储容量大并可扩展。存储容量大并可扩展。GPS导航图需要超过导航图需要超过1GB的存储空间的存储空间3良好的用户界面，配备面积较大的触摸良好的用户界面，配备面积较大的触摸显示屏显示屏4支持广播方式的支持广播方式的CMMB手机电视手机电视5支持支持GPS导航导航6配备大容量电池，电量的消耗都是一个大问题，必须要
49、配备高容量配备大容量电池，电量的消耗都是一个大问题，必须要配备高容量的电池，的电池，1500mAh是标准配备。是标准配备。493.2 操作系统安卓安卓(Android)操作系统操作系统nGoogle两年前推出，属于以两年前推出，属于以Linux为基础为基础的开放源代码的开放源代码操作系统操作系统，是自由及开放源，是自由及开放源代码软件代码软件n支持的处理器类型：支持的处理器类型：ARM、MIPS、PowerArchitecture、Intelx86n采用采用Android系统的手机厂商：系统的手机厂商：n宏达电、三星电子、摩托罗拉、乐喜宏达电、三星电子、摩托罗拉、乐喜金星、索尼爱立信、华为等金
50、星、索尼爱立信、华为等n2010年末数据显示，年末数据显示，Android已经超越称已经超越称霸十年的诺基亚（霸十年的诺基亚（Nokia）SymbianOS，跃居全球智能手机平台首位，跃居全球智能手机平台首位nAndroid也在平板电脑市场急速扩张也在平板电脑市场急速扩张n版本：版本：2.3.3(手机手机)和和3.0(平板平板)503.2 操作系统Apple iOS操作系统操作系统niOS是是苹果公司苹果公司为为iPhone、iPodtouch、iPad及及AppleTV开发的操开发的操作系统，占用约作系统，占用约240MB的存储空间的存储空间n用户界面：使用用户界面：使用多点触控多点触控直接
51、操作。直接操作。控制方法包括：滑动、轻按、挤压及控制方法包括：滑动、轻按、挤压及旋转旋转n支持硬件：基于支持硬件：基于ARM架构架构的的CPUn限制：限制：nJAVAnFlashnSVG513.2 操作系统附附2：磁盘空间管理：磁盘空间管理523.2 操作系统磁盘存储空间的结构磁盘存储空间的结构n磁盘存储空间可以看作是由大量扇区磁盘存储空间可以看作是由大量扇区(512B)组成的组成的1维阵列维阵列n存储容量存储容量扇区总数扇区总数x512字节字节/109（单位：（单位：GB）n一个硬盘可以划分为几个分区一个硬盘可以划分为几个分区(Partition)，分区所包含的，分区所包含的扇区号应连续，分
52、区相互间应无重叠扇区号应连续，分区相互间应无重叠n每个分区称为每个分区称为1个逻辑驱动器，它有自己的盘符，用户可以个逻辑驱动器，它有自己的盘符，用户可以将它视同为将它视同为1个物理存储器个物理存储器n不同的分区可以安装不同的操作系统不同的分区可以安装不同的操作系统0123. 分区分区#1分区分区#2分区分区#3不使用区域不使用区域MBR533.2 操作系统signature(2bytes)PartitionTable(64bytes)BootLoader(446bytes)（共（共512字节）字节） 主引导扇区主引导扇区MBR硬盘上开始的几个扇区，用于管理目的。其中硬盘上开始的几个扇区，用于管
53、理目的。其中0#扇区特别扇区特别重要，称为主引导扇区重要，称为主引导扇区(MasterBootRecord，MBR)，它包含如下它包含如下3部分内容：部分内容：指出每个分区的指出每个分区的起始扇区号和包起始扇区号和包含的扇区数目，含的扇区数目，操作系统的类型操作系统的类型自举装入程序自举装入程序在计在计算机启动时被算机启动时被BIOS读出并执行，由它读出并执行，由它再读出相应分区中再读出相应分区中引导扇区内的引导引导扇区内的引导程序，程序，CPU执行引执行引导程序即可再从磁导程序即可再从磁盘上读入系统启动盘上读入系统启动文件，从而启动操文件，从而启动操作系统作系统 0123. 分区分区#1分区
54、分区#2分区分区#3不使用区域不使用区域MBR引导扇区引导扇区543.2 操作系统每个硬盘分区的空间划分每个硬盘分区的空间划分n硬盘在格式化或分区时，软件会自动硬盘在格式化或分区时，软件会自动将每个分区均划分为如下将每个分区均划分为如下5个部分：个部分：主引导扇区主引导扇区MBR引导扇区引导扇区文件分配表文件分配表FAT1文件分配表文件分配表FAT2根目录区根目录区(FDT)数据区数据区(以簇为分配单位以簇为分配单位)第第1分分区区其其它它分分区区引导扇区引导扇区它包含如下信息：它包含如下信息：引导程序及系统启引导程序及系统启动文件的文件名动文件的文件名文件系统的类型文件系统的类型簇的大小簇的
55、大小根目录允许的最大根目录允许的最大目录项数目目录项数目文件分配表文件分配表(FAT)2份：用于记录数据区的使用情况份：用于记录数据区的使用情况根目录区根目录区：包含该分区根目录中所：包含该分区根目录中所有文件及文件夹的说明信息有文件及文件夹的说明信息数据区数据区：划分为数以百万计的簇，存放该分：划分为数以百万计的簇，存放该分区所有文件和文件夹的数据区所有文件和文件夹的数据553.2 操作系统簇簇(Cluster)和文件分配表和文件分配表FAT n磁盘数据空间的分配单位是磁盘数据空间的分配单位是2n个扇区，称为个扇区，称为“簇簇”，簇的大小与磁盘分区容量，簇的大小与磁盘分区容量的大小有关：的大
56、小有关：n软盘的簇固定为软盘的簇固定为512字节（字节（n0）n硬盘的簇可以是硬盘的簇可以是2或或4KB，40GB以上硬盘，簇可以以上硬盘，簇可以8KB以上以上n若某分区容量为若某分区容量为40GB，簇大小为，簇大小为8KB，则一共有，则一共有5000000个簇个簇n每一个簇都有一个簇号每一个簇都有一个簇号(12/16/32/64位位)。簇号是分区中所有簇的顺序号，从簇。簇号是分区中所有簇的顺序号，从簇号很容易计算出磁盘上属于该簇的物理扇区的位置号很容易计算出磁盘上属于该簇的物理扇区的位置n文件分配表文件分配表(FAT)是用来记录数据空间分配情况的一张表，它指出每个簇是是用来记录数据空间分配情
57、况的一张表，它指出每个簇是“使使用用”、“空闲空闲”或或“损坏损坏”。其中。其中“空闲空闲”簇和簇和“坏坏”簇分别用簇分别用“全全0”和和“全全1”表示，其它数值表示表示，其它数值表示“已分配已分配”簇簇序号序号101102304305分配情况分配情况全全0全全0全全1全全0nFAT在格式化时自动生成，一式两份在格式化时自动生成，一式两份(一份为备份一份为备份)，坏簇在磁盘格式化过程中，坏簇在磁盘格式化过程中发现并进行登记，只要发现并进行登记，只要1个扇区有问题整个簇就不能使用个扇区有问题整个簇就不能使用563.2 操作系统数据空间中簇的分配方法数据空间中簇的分配方法n磁盘分区中数据空间是用来
58、存磁盘分区中数据空间是用来存储文件储文件(和子文件夹和子文件夹)数据的，数据的，将簇分配给各个文件的方法主将簇分配给各个文件的方法主要有要有3类：类：n连续分配连续分配n索引分配索引分配n链接分配链接分配n链接分配的优点：链接分配的优点：n可以分散在任何地方，空可以分散在任何地方，空间利用率高间利用率高n简单，只需记录文件的起简单，只需记录文件的起始簇号始簇号n文件的扩展很容易文件的扩展很容易磁盘空间的连续分配磁盘空间的连续分配磁盘空间的链接分配磁盘空间的链接分配file startmyfile 9yours 26 573.2 操作系统Windows系统磁盘空间的分配系统磁盘空间的分配n每个文
59、件分配若干簇，同一文件所有簇的簇号组织成一个每个文件分配若干簇，同一文件所有簇的簇号组织成一个“数字链数字链”，其起，其起始簇号在始簇号在FDT中指出，中指出，FAT表中该簇的状态值则是下一个簇的簇号，表中该簇的状态值则是下一个簇的簇号，直直至最后一个簇，文件的最后至最后一个簇，文件的最后1个簇状态值为个簇状态值为“EOF”，例如：，例如：nMYFILE的簇是：的簇是：91611025共共5个簇个簇nYOURS的簇是：的簇是：26292417共共4个簇个簇文件名文件名 扩展名扩展名 创建日期创建日期 时间时间 文件大小文件大小 属性属性 起始簇号起始簇号MYFILE TXT 1/23/2004
60、 13:24 40,363 9YOURS DOC 6/8/2004 23:35 31,329 26根目录表根目录表(FDT)分分区区中中的的数数据据区区10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31292417161025EOF文件分配表文件分配表(FAT)EOF583.2 操作系统文件目录表文件目录表FDT n根目录区存放文件目录表（根目录区存放文件目录表（FileDirectoryTable，简称，简称FDT），），FDT中可以包含多达中可以包含多达512个表项个表
61、项nFDT表的每个表项长度为表的每个表项长度为32字节，每个表项用于记录包含在根目字节，每个表项用于记录包含在根目录中的文件录中的文件(和文件夹和文件夹)的说明信息：的说明信息：n文件文件(文件夹文件夹)的名字（含扩展名）的名字（含扩展名）n该文件该文件(文件夹文件夹)在数据区中的存放起始簇号在数据区中的存放起始簇号n日期、时间、所有者、使用属性等信息日期、时间、所有者、使用属性等信息文件名及扩展名文件名及扩展名属属性性保留保留访问访问日期日期EA句柄句柄 创建创建时间时间创建创建日期日期起始起始簇号簇号文件大小文件大小11B1B6B2B2B2B2B2B4B注：文件的说明信息保存在该文件所在的
62、目录中，而文件内容注：文件的说明信息保存在该文件所在的目录中，而文件内容则存放在数据区中，两者是分开存放的，则存放在数据区中，两者是分开存放的，文件名等说明信息文件名等说明信息文文 件件 内内 容容593.2 操作系统文件操作的实现文件操作的实现n读出文件读出文件文件系统先在文件系统先在FDT中查找有无该文件，若有，再检查该文件的中查找有无该文件，若有，再检查该文件的读、写和保护属性，如有口令保护，核实口令后，再按起始簇号计算出读、写和保护属性，如有口令保护，核实口令后，再按起始簇号计算出扇区号，从该扇区开始读出文件内容扇区号，从该扇区开始读出文件内容n保存文件保存文件文件系统在文件系统在FD
63、T中查找有无同名文件：中查找有无同名文件：n如果没有，则在如果没有，则在FDT中增加中增加1个表项，同时在个表项，同时在FAT中找一个空闲的簇中找一个空闲的簇号作为存储该文件内容的起始簇号，并登记在号作为存储该文件内容的起始簇号，并登记在FDT中。然后，按照中。然后，按照FAT中指出的空闲簇号，在数据区的相应位置处存储文件数据中指出的空闲簇号，在数据区的相应位置处存储文件数据n如果在如果在FDT中发现存在同名文件，则征求用户同意后，可在文件原中发现存在同名文件，则征求用户同意后，可在文件原来所分配的簇中写入新的文件数据（即覆盖原同名文件的数据），来所分配的簇中写入新的文件数据（即覆盖原同名文件
64、的数据），并修改并修改FDT中该文件表项的一些说明信息中该文件表项的一些说明信息n删除文件删除文件文件系统在文件系统在FDT中查找有无该文件，若有，是否受到保护，若中查找有无该文件，若有，是否受到保护，若无保护，则删除无保护，则删除FDT中该文件的表项，并将原先该文件占用的簇，在中该文件的表项，并将原先该文件占用的簇，在FAT表中全部设置为空闲状态表中全部设置为空闲状态603.2 操作系统文件系统接口文件系统接口虚拟文件系统接口虚拟文件系统接口远程文件系统远程文件系统本地文件系统本地文件系统1本地文件系统本地文件系统2最终用户和API虚拟文件系统虚拟文件系统n系统中有多种不同的外存储器，相应有
65、多种不系统中有多种不同的外存储器，相应有多种不同的文件系统，如同的文件系统，如nFAT16、FAT32(DOS,Windows)nNTFS(NT,XP,Win2000)nCDFS,UDF(CD和和DVD光盘光盘)nUFS,UFS2(Unix)nMinix、EXT、EXT2(Linux)n不同文件系统不同文件系统的基本思想都是的基本思想都是一致的，都是通过文件和目录一致的，都是通过文件和目录两个抽象概念建立它们各自的两个抽象概念建立它们各自的管理机构管理机构n虚拟文件系统向用户和程序员提供虚拟文件系统向用户和程序员提供统一的接口统一的接口来使用各种不同的文件系统：来使用各种不同的文件系统：n统一的编程接口（统一的编程接口（API）统一的操作使用统一的操作使用
