第2章操作系統基礎第2章操作系統基礎

2.1操作系統概述

2.2CPU管理

2.3作業管理

2.4存儲管理

2.5設備管理

2.6文件管理2.1

操作系統概述操作系統的概念操作系統的形成與發展操作系統的常用類型操作系統的主要特征操作系統的功能現代主流操作系統簡介學習目標了解：操作系統的基本概念、功能操作系統的種類，操作系統的文件管理功能，現代主流操作系統。要點：操作系統的概念操作系統的基本功能文件管理2.1.1操作系統的概念操作系統(OperatingSystem，OS)是直接控制和管理計算機系統的軟、硬件資源，合理地組織計算機的工作流程，方便用戶充分而有效地使用這些資源的程序集合。2.1.2

操作系統的形成與發展

1手工操作——操作系統的史前時代

2

監督程序（早期批處理）——操作系統的雛形

3

多道批處理——現代意義上操作系統的出現

4

分時系統與實時系統出現——操作系統步入實用化

5現代操作系統的發展程序設計全部采用機器語言，沒有操作系統.人們采用手工操作方式來控制計算機的基本功能.慢速的手工操作與快速的CPU之間出現矛盾，另一方面CPU與I/O設備之間速度不匹配.

1手工操作——操作系統的史前時代單道批處理又分為聯機批處理和脫機批處理兩種類型.聯機批處理：由CPU直接控制作業的輸入與輸出.脫機批處理：由“衛星機”控制作業的輸入輸出，有效地減少了CPU等待慢速設備輸入輸出的時間.

2

監督程序（早期批處理）——操作系統的雛形通道、中斷和緩沖技術的使用使得多道程序的并發執行成為可能.優點：系統資源得到比較充分的利用。缺點：作業平均周轉時間長，用戶無法干預程序的執行，沒有交互能力。

3

多道批處理——現代意義上操作系統的出現

在分時系統中，用戶通過終端設備與計算機交互作用來運行自己的作業。多用戶分時系統是當今計算機系統中使用最普遍的一類操作系統為了實時地對特定任務進行可靠處理，人們又開發出實時系統。實時系統具有專用性，不同的實時系統用于不同的應用領域。

4

分時系統與實時系統出現——操作系統步入實用化(1)微內核結構(2)多線程(3)對稱多處理(SMP)

(4)分布式操作系統(5)面向對象

5

現代操作系統的發展

2.1.3

操作系統的常用類型

批處理操作系統

1

分時操作系統

2

實時操作系統

3

單用戶操作系統

4

網絡操作系統

5

分布式操作系統

6

嵌入式操作系統

7單道批處理系統：一次只能有一個作業裝入計算機系統的主存儲器運行多道批處理系統：一次允許多個作業同時裝入主存儲器，使CPU輪流地執行多個作業。

批處理操作系統

1優點：系統資源利用率高作業吞吐量大缺點：用戶無法干預作業運行分時操作系統：多個用戶分享使用同一臺計算機，操作系統以時間片為單位輪流為用戶服務。

分時操作系統

2及時性獨占性

交互性特征同時性

分時操作系統和批處理多道操作系統有哪些差別？時間片：

操作系統將CPU的時間劃分成若干個片段,每個時間段稱為時間片。操作系統以時間片為單位,輪流為每個終端用戶服務。每次服務一個時間片分時操作系統工作方式:

一臺主機連接了若干個終端每個終端有一個用戶在使用交互式的向系統提出命令請求系統接受每個用戶的命令采用時間片輪轉方式處理服務請求并通過交互方式在終端上向用戶顯示結果用戶根據上步結果發出下道命令分時操作系統分時操作系統特點同時性同時有多個用戶使用一臺計算機。宏觀上：是多個人同時使用一個CPU微觀上：多個人在不同時刻輪流使用CPU交互性用戶根據系統響應結果進一步提出新請求(用戶直接干預每一步)“獨占”性用戶感覺不到計算機為其他人服務(OS提供虛機器，各個用戶的虛機器互不干擾)及時性系統對用戶提出的請求及時響應分時與多道批處理的差別第一個差別是在目標上存在基本的不同，一個批處理多道操作系統的目標是提高機器效率，而分時操作系統的目標是針對用戶請求的快速響應；第二個差別表現在提交給系統的作業性質上，對于要求在幾分鐘內能從終端上獲得結果的短小作業來說，分時操作系統是最有效的，但對于需要較長時間才能完成的大型作業而言，批處理多道操作系統較為有效；第三個差別是對于充分使用系統資源而言，批處理多道操作系統是較好的，因為它可以同時接收經過合理安排的各種不同負載的作業，而對于要求執行相同功能的作業而言，分時操作系統是較好的，因為在不同的終端上同時使用同一個功能的例行子程序將減少系統調用它的開銷。實時操作系統：是指計算機系統能及時響應外部事件的請求，在規定的時間內完成對該事件的處理。

實時操作系統

3特征高可靠性高安全性

高響應性分時操作系統與實時操作系統有哪些差別

？一個用戶獨占計算機系統資源，系統所有的軟、硬件資源都為一個用戶服務，系統單獨地執行該用戶提交的一個任務。

單用戶操作系統

4

網絡操作系統

5基于計算機網絡的，它負責網絡管理、網絡通信、資源共享和系統安全等工作。是在各種計算機操作系統上,按網絡體系結構協議標準開發的軟件,包括網絡管理,通信,安全,資源共享和各種網絡應用。目標：是相互通信及資源共享將大量的計算機通過網絡被連接在一起，以獲得極高的運算能力及廣泛的數據共享。這種系統稱作分布式系統。能使分布式系統中的若干臺計算機相互協作完成一個共同任務的系統軟件稱為分布式操作系統。

分布式操作系統

6特征共享性透明性

統一性自治性

網絡操作系統與分布式操作系統有哪些差別

？網絡和分布式的區別分布具有各個計算機間相互通訊，無主從關系；網絡有主從關系.分布式系統資源為所有用戶共享；而網絡有限制地共享(3)分布式系統中若干個計算機可相互協作共同完成一項任務

對整個智能芯片及其所控制的各種部件模塊等資源進行統一調度、指揮和控制的系統軟件稱為嵌入式操作系統.嵌入式操作系統具有高可靠性、實時性、占有資源少、成本低等優點.

嵌入式操作系統

7嵌入式操作系統是一種用途廣泛的系統軟件，過去主要應用于工業控制和國防系統領域。信息家電將會是未來的主流產業，它將成為今后技術發展的主流和未來發展的強有力的技術推動，也是各嵌入式操作系統競相爭奪的重要市場國際上用于信息電器的嵌入式操作系統有40種左右。開放源代碼的Linux很適于做信息家電的開發.2.1.4

操作系統的主要特征是指兩個或兩個以上的事件或活動在同一時間間隔內發生，交替進行。

是指系統中的資源可以被多個用戶共同使用。并發性共享性

2.1.5

操作系統的功能CPU管理

存儲管理

設備管理

文件管理

用戶接口

操作系統的功能把CPU合理有效地分配給各執行程序使用。主要功能包括作業和進程調度、進程控制和進程通信。主要管理計算機的內存資源。主要功能包括：內存分配、地址映射、內存保護和內存擴充主要管理計算機的輸入輸出設備主要功能包括：緩沖區管理、設備分配、設備驅動和設備獨立性。主要管理系統中的信息資源。主要功能包括：文件存儲空間的管理、目錄管理、文件讀寫管理、存取控制和文件系統的安全管理。命令接口程序接口圖形用戶接口新一代用戶接口2.1.6現代主流操作系統簡介Windows操作系統1UNIX操作系統2Linux操作系統3其他流行操作系統4Windows操作系統是當前個人微型計算機中應用最廣泛的一種操作系統。1985年5月誕生Windows的第一個版本Windows1.01995年8月24日誕生的Windows95操作系統，是真正的操作系統。2001年推出的WindowsXP是第一個既適合家庭用戶，又適合商業用戶使用的新型操作系統。Windows操作系統1Windows操作系統的特點：易學易用的面向對象的圖形用戶界面支持多任務多窗口即插即用功能支持多媒體技術內置網絡和通信功能UNIX系統正式發布于1974年，1975年發布的第6版中引入了多道程序技術，這時UNIX系統才成為真正的多用戶分時系統。UNIX操作系統2內核裸機shell用戶或應用程序UNIX系統組成結構UNIX操作系統的特點：開放性、可移植性多用戶、多任務的分時操作系統設備獨立性強大的網絡與通信功能內核短小系統結構清晰，有利于操作系統的教學和實踐Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統，它主要用于基于Intelx86系列CPU的計算機上。Linux操作系統3Linux操作系統的特點：免費、源代碼開放多平臺具有出色的穩定性和速度性能功能完善，具有豐富的網絡功能硬件需求低MacOS操作系統

MacOS操作系統是美國Apple公司推出的操作系統，運行在Macintosh計算機上。

Netware操作系統

Netware是Novell公司開發的網絡操作系統NOS。其他流行操作系統42.6文件管理

文件的概念及文件分類文件系統的概念及其功能文件的結構文件目錄管理2.6.1文件的概念及文件分類文件：是具有一定名稱的一組相關數據的集合。每個文件都要用一個名字來標識，稱為文件名。

文件的命名：文件名.擴展名Windows系統中的文件名最多可包含256個字符。可以是字母、漢字、數字和部分符號。通配符：*？文件常用擴展名及其說明擴展名說明擴展名說明com可執行的程序文件exe應用程序sys系統文件Zip、rar壓縮文件htm靜態網頁文件DocWord文檔bmp、jpg、gif圖像文件wav、mp3聲音文件bak備份文件rm、avi、wmv視頻文件按文件的性質和用途按文件存放時間限制按文件的保護級別按文件的信息流向系統文件用戶文件庫文件臨時文件永久文件檔案文件只讀文件讀寫文件執行文件不保護文件輸入文件輸出文件輸入輸出文件文件的分類2.6.2文件系統的概念及其功能1.文件系統操作系統中負責存取和管理文件信息的部分稱為文件系統。2.文件系統的功能文件讀寫管理文件目錄管理存儲空間管理文件保護與共享方便的用戶接口可靠性與一致性

例題2.5

FAT文件系統:于1982年開始應用于MS-DOS系統中，用于管理磁盤文件。

FAT32文件系統:通過對FAT文件系統的擴展，解決了長文件名問題.

NTFS文件系統:NTFS兼有FAT和FAT32文件系統的所有優點.簡單了解Windows操作系統的幾種文件系統2.6.3文件的結構有結構的記錄式文件文件的邏輯結構無結構的流式文件由一組相關記錄組成，存取文件以記錄為單位來進行。由一系列字符組成，字符或字節為基本信息單位從用戶的角度看文件1、有結構的記錄式文件學號姓名性別計算機英語01王佳寧女886302李新烽男689103武曉娟女85872、無結構的流式文件main(){inta,b,sum;scanf("%d%d",&a,&b);sum=a+b;printf("sum=%d",sum);}將一個邏輯上連續的文件信息依次存放在外存的連續物理塊中.主要優點是：實現簡單，順序存取信息時速度較快.主要缺點是：不靈活，易產生磁盤碎片，不利于文件的動態擴充(文件插入和刪除).

(1)順序結構文件的物理結構從系統的角度看文件

文件E45

5678……用戶文件目錄文件名長度起始塊物理存儲設備順序結構將一個邏輯文件的信息存放在外存的若干個物理塊中，通過物理塊中的指針指向該文件的下一個物理塊的位置.主要優點是：解決碎片問題，提高了外存空間的利用率；方便文件的動態擴充.主要缺點是：只能順序訪問，查找效率較低

(2)鏈接結構文件的物理結構515

1522220

文件F35用戶文件目錄鏈接結構物理存儲設備連接指針物理塊號文件名長度起始塊將一個邏輯文件的信息存放于外存的若干個不連續的物理塊中，通過索引表進行文件存取.主要優點是：可以進行隨機訪問，也易于進行文件的增刪.主要缺點是：索引表增加了存儲空間的開銷；降低了文件的存取速度.

(3)索引結構文件的物理結構邏輯塊號物理塊號0 391 121239用戶文件目錄物理存儲設備索引表索引結構文件名索引表指針文件G252.6.4文件目錄管理文件目錄文件由文件說明和文件體兩部分組成，文件說明的集合稱為文件目錄。文件目錄功能：實現按名存取提高檢索速度允許文件同名允許文件共享文件說明又稱為文件控制塊（FCB）文件控制塊是操作系統為管理文件而設置的數據結構，存放了為管理文件所需的所有有關信息（文件屬性）文件控制塊是文件存在的標志文件控制塊FCB的內容：

文件名，文件號，用戶名，文件地址，文件長度，文件類型，文件屬性，共享計數，文件的建立日期，保存期限，最后修改日期，最后訪問日期，口令，文件邏輯結構，文件物理結構目錄結構所有的文件在一個目錄下，組成一個線性表。根目錄File1File2File3單級目錄結構：優點：結構簡單，容易實現缺點：不允許文件重名,文件查找速度慢目錄結構二級目錄結構：由主文件目錄和用戶文件目錄組成。主文件目錄用戶文件目錄

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