大学计算机基础四.ppt
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1、大学计算机基础,第四章 操作系统基础,主要内容:4.1 操作系统概述 4.2 操作系统的基本功能4.3 典型操作系统简介4.4 Windows XP操作系统,第四章 操作系统基础,4.1.1 什么是操作系统 操作系统(Operating System)是一种管理计算机系统资源(硬件和软件资源),合理组织计算机的工作流程,方便用户使用计算机的程序模块的集合(系统软件)。,4.1 操作系统概述,裸机,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、对用户友好、便于操作的平台。,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。怎么办?,?,操作系统和虚拟计算机,用户面
2、对的是一个整体的计算机系统,分为虚拟机和物理机两个部分。用户实际操作的是虚拟机,物理机是由OS管理和操作的。优点:将复杂的物理操作剥离并下移,交给OS去处理。,操作系统的作用,1.管理计算机的软硬件资源 硬件资源:处理机、存储器、I/O设备信息资源:文件和文件系统2.提供人机接口系统命令(字符命令、GUI)系统调用3.扩展计算机的功能将裸机改造成为功能更强大、使用更方便的虚拟机和扩展机。,操作系统的功能,处理机管理 有效地、合理地分配CPU的时间。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。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。设备管理 对各种各样
3、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。,操作系统分类,IBM,DOS,4.1.2 操作系统的分类(按系统功能),1.批处理系统(Batch Processing System)批处理系统是一种“成批”处理用户作业的操作系统。处理过程:用户根据任务需求编制好程序,准备好数据以及作业操作说明书,一次提交给系统,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,由系统操作员分批进行处理,每批中的作业由操作系统控制执行。主要特征:-用户脱机使用计算机-作业成批处理-多道程序运行,2
4、.分时操作系统(Time Sharing System),主要特征:-多路性:多个用户同时工作。共享系统资源,提高了资源利用率。-独占性:各用户独立操作,互不干扰,用户感觉独占计算机。-及时性:及时对用户的操作进行响应,提高调试和修改程序的效率,缩短了周转时间。-交互性:用户根据系统响应结果进一步提出新请求(交互会话工作方式)。,分时系统是一种将CPU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。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,UNIX就是典型的多用户
5、分时操作系统.,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。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。主要特征:-实时性-可靠性主要应用:飞机售票系统,航天发射系统,生产过程自动控制、事务处理等有实时要求的领域。,3.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功能的数据处理系统或计算机系统互连起来
6、,实现信息交换或资源共享,协作完成处理任务的操作系统。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。基本特征:-功能和任务的分布性-高可靠性,4.分布式操作系统(Distributed 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信和网络服务功能的操作系统。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。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能指标
7、。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。代表产品:Netware、UNIX、Linux及Windows系列。,5.网络操作系统(Network Operating System),6.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。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了很好的应用。内核可剪裁,适合各种专
8、门用途,如手机、PDA、各种专用设备。基本特征:-微内核技术,内核足够小,要求资源少-适于进行二次开发-超强工作能力,高可靠性设计-恶劣的工作环境,适合高温、潮湿、震动、寒冷等环境,4.1.3 操作系统的特征,并发性 两个或两个以上的事件在同一时间间隔中发生.共享性 多个并发执行的程序可以共同使用系统的资源.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.,4.2 操作系统的功能,主要功能有:处理机管理 存储管理 设备管理 信息(文件)管理,4.2.1 处理机管理(进程的管理),主要任务:完成处理机资源的分配调度,处理机调度的单位可为进程或线程。进程控制 进程同步与互斥 进程通信 进程调
9、度,单道作业环境中程序顺序执行示意图,多道作业环境中程序交替执行示意图,任何时刻内存中只有一道程序,一个程序完全运行结束后才能运行下一个程序.,等待指等待CPU或系统资源.处于等待状态的程序虽不占CPU,但仍然驻留内存.,每当用户运行一个程序时,操作系统就为该程序创建了一个进程,并为它分配资源、调度其运行。程序执行结束后,进程也就消亡了。进程是一个正在执行的程序,是一个可并发执行的程序与其数据的一次运行活动。进程可以更好地描述程序的执行过程,反映操作系统的并发执行、资源共享及用户随机访问的特性。,并发性是操作系统的主要特性之一,是程序的并发执行。但是程序执行时所产生的问题使得传统的程序概念已经
10、不足以对其进行描述,为此,引入进程(Process)的概念。,1.进程概念的引入,要使用好任务管理器,需要掌握程序、进程和线程的基本概念。,程序A,进程A,程序A被执行调入内存后称为进程,程序与进程的关系,磁盘,内存,2.进程与程序的区别,进程是动态的,程序是静态的:程序是有序代码的集合;进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移;而程序通常对应着文件、静态和可以复制。进程是暂时的,程序是永久的:进程是一个状态变化的过程,动态地被创建,执行后消亡。程序可长久保存。进程与程序的组成不同:进程的组成包括程序、数据和进程控制块(PCB)(即进程状态信息)。进程具有并发特征(独立性和异步性),而程
11、序没有。进程与程序的对应关系:通过多次执行,一个程序可对应多个进程;通过调用关系,一个进程可包括多个程序。,3.进程与作业的区别,作业是用户向计算机提交任务的实体,作业包括程序、数据以及具体的实施步骤。通常把用户要计算机完成的一串任务称为作业。进程是系统资源使用者,是完成用户任务的执行实体,是资源分配的基本单位。进程被创建后,总有相应部分常驻内存。一个作业至少由一个进程来执行完成,反之不然;作业的概念主要用于早期的批处理操作系统和现在的大型机、巨型机系统,对于微型机和工作站不太使用。进程的概念几乎用于所有的多道操作系统中。,4.进程的状态及其变化,就绪:进程已获除CPU外的资源,一旦得到CPU
12、使用权就可立即运行。运行:任何时刻只能有一个进程处于运行状态.在多处理机系统中,可以有多个进程运行。阻塞:由于等待某个事件,如申请打印输出,而打印机被其他进程占用,进程被挂起。,进程基本状态转换图,问题:在Windows xp下如何查看进程的状态?,进程在执行过程中,由于操作系统中出现的不同事件导致进程执行的间歇性、不确定性,使进程的状态也随执行过程发生变化。有三种状态:,5.线程,(1)线程的概念 进程是程序的一次执行过程和资源分配的基本单位。线程是一个进程内的基本调度单位,是CPU分配的基本单位。(2)引入线程的目的 为了更好地实现并发处理和共享资源,提高CPU的利用率,提高系统的执行效率
13、,减少处理机的空转时间和调度切换的时间,减少内存开销,便于系统管理。引入线程后,进程成为(除CPU以外)资源分配的单位。在UNIX系统中,进程是CPU的分配单位,在Windows中,线程是CPU的分配单位。在任务管理器的“进程”选项中,选择“查看”“选择列”,可以设置“线程计数”,查看一个进程所包含的线程数。,4.2.2 存储管理 1.存储管理的目标 计算机存储器的管理。存储管理的对象是内存以及作为内存的扩展和延伸的外存储器。存储管理的目标是为程序设计人员提供方便、安全和充分大的存储空间,提供一个内外存结合的满足需要的存储空间。,2.几个相关概念 物理地址和物理空间:物理地址:内存中存储单元的
14、地址。物理空间:内存中一系列物理单元的集合。逻辑地址:目标程序中的地址。地址空间:目标程序的逻辑地址的总称为地址空间。,3.存储管理的功能(1)内存的分配与回收:为运行的进程分配内存空间,并在不需要时回收它们占据的空间。(2)地址变换:当程序中采用的地址和将其装入内存后的地址不一致时,要完成程序中采用的地址到内存地址的转换,即逻辑地址转换为物理地址,程序才能正确运行。通常有静态重定位、动态重定位。(3)存储保护:代码和数据共享,以节省内存空间和保持数据一致性。内存中程序相互干扰,要设置地址空间访问权限(读、写、执行)。,(4)存储扩充:虚拟存储技术、覆盖技术、交换技术 虚拟存储器是指一种实际上
15、并不存在存储器,是由内存和外存连接成的存储器。基本思想是:把当前正在使用的部分放在内存,其他暂时不用的部分放在外存,运行时根据需要进行调度。即在不改变实际内存容量情况下,借助大容量外存解决内存不足问题。虚拟内存的最大容量与CPU的地址总线的位数有关.我的电脑/属性/高级选项卡,在“性能”区选“设置”命令,可以查看虚拟内存的设置情况。(在Windows中称为页面文件 pagefile.sys,默认大于RAM的1.5倍.以后会根据情况自动调整.),4.2.3 设备管理 1.设备管理的主要任务 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。,2.设备的分类 独占设备:在同一
16、时间内只允许一个用户访问的设备。共享设备:允许多个用户同时访问的设备。虚拟设备:通过采用虚拟技术将原来独享的设备改造成共享设备,相当于将一台独享的物理设备虚拟为多台同类设备。设备管理中通常采用假脱机技术(Spooling)实现虚拟设备。,采用虚拟技术,使非共享设备变成共享设备,以避免死锁,用户1,用户2,用户3,输出,输出,输出,打印,打印机,主 机,3.设备驱动程序 设备在使用之前必须安装驱动程序,否则无法使用。不同类型的设备的驱动程序是不同的。安装操作系统时,会自动检测设备并安装相关的设备驱动程序。需要添加新设备时,必须再安装相应的驱动程序。4.即插即用 PnP(Plug And Play
17、)(不是不需要安装设备驱动程序)把设备连到计算机上后无需手动配置可以立即使用。不仅需要设备的支持,还需要操作系统的支持。操作系统会自动检测到设备并自动安装驱动程序5.集中管理 为用户设计一个简洁、可靠、易于维护的设备管理系统。在Windows中,使用“设备管理器”和“控制面板”(了解硬件安装、配置、状态等)我的电脑/属性/硬件,或控制面板/系统/硬件,再选择“设备管理器”6.通道和缓冲区 为提高外部设备和CPU之间工作的并行性,提高设备使用效率,使用通道和缓冲技术。,4.2.4 文件管理 文件管理就是要对存放在计算机中的文件进行组织管理、提供方便的存取和文件的安全保证机制,还要提供一定的文件操
18、作命令。计算机对文件的组织管理和操作都是由文件系统完成的。,1.文件 文件是存放在计算机存储设备中具有符号名的一组相关信息的有序集合。通常由扩展名来区分文件的类型。2.文件系统 文件系统就是管理和操作文件的系统。Windows XP使用FAT,FAT32和NTFS文件系统。,WIN-XP支持FAT、FAT32、NTFS三种文件系统FAT:最初在DOS中用,适合与其他操作系统双重引导计算机,硬盘分区最大2GB。FAT32:广泛应用在WIN95、98、2000以上系统中,更有效地保存信息,不支持512MB以下的分区,与WIN-NT不兼容。NTFS:WIN 2000和WIN-XP中使用,有可靠的磁盘
19、压缩功能,支持文件故障恢复及大容量存储媒体。在WIN-XP中可以把FAT16、FAT32转化成NTFS而不丢失数据。建议:FAT32:小于32GB且多操作系统引导 NTFS:大于32GB且用一个操作系统UNIX文件系统:不使用驱动器名,只有一个叫做root根目录,标记为,其下任何一个子目录可以是一个硬盘或一个分区,而且可随时改变。,1.DOS Microsoft公司研制的配置在PC机的、单用户、单任务、命令行界面的、基于磁盘的操作系统。从4.0版开始成为支持多任务的操作系统。MS DOS共发布了6版,从1.0-6.22。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的主
20、流操作系统。3.OS/2 为PS/2设计的操作系统,用户可自行定制界面。4.Mac OS 苹果公司开发的,运行在Macintosh系列机上的操作系统。具有较好的图形处理能力,主要用在桌面出版和多媒体应用等领域。缺点是与Windows缺乏较好的兼容性。,4.3 典型操作系统简介,特点:-多用户、多任务-开放性-可移植性-规模小、效能高-完备的网络功能-友好的用户界面-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、大型机和工作站中。UNIX的不同版本:IBM:AIX、SUN:Sun OS、HP:HP-UX等。,5 UNIX 操作系统,由UNIX发展而来,源代码开放、免费的操作系统。特
21、点:-多用户、多任务-开放性好-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,包含很方便的Internet或Intranet服务器设置,可以用来组建LAN。-用户界面友好-系统内核小,对硬件要求低-与UNIX兼容的32位操作系统-是一个十分优秀的开发平台-具有大量的应用软件现有版本:Red Hat Linux、Turbo Linux、S.u.S.E Linux等。国产版本:红旗Linux、蓝点Linux等。,6.Linux系统,4.4 Windows XP操作系统,4.4.1 Windows的发展历史 1983年Windows 1.0(字符图形用户界面)1990年Windows 3
22、.01992年Windows 3.11995年Windows 3.21993年Windows NT(32位)Windows NT ServerWindows NT Workstation1995年Windows 95(32位)(里程碑)1998年Windows 98(32位)2000年 Windows 2000(32位)(NT内核)2001年 Windows XP(32位,64位)2007年 Windows Vista(32位,64位)2009年 Windows 7(32位,64位),DOS支持,网络,全新的用户界面 设计更加合理,注重用户体验,使用户操作计算机的工作变得更加轻松、简单。(2)
23、方便的操作环境 系统安装和使用更简单,智能化,内置了更多有用的工具软件,文件压缩、多媒体、系统还原等功能。(3)多任务、多线程处理 可以同时运行多个程序,支持多线程运行,使系统整体性能更加优化。,4.4.2 Windows XP系统概述,1.Windows XP的特点,(4)更高的稳定性和安全性 采用Windows NT和Windows 2000的内核技术,集成了其他版本的良好性能,系统运行稳定、可靠性更高。增加了防火墙和加密文件系统。(5)更强的网络功能 即可做单个PC操作系统,又提供了多种网络服务。支持多种网络协议,内置IE、防火墙、Windows messenger和MSN explor
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