Windows系統(tǒng)編程實用教程第1章

Windows系統(tǒng)編程實用教程授課教師：職務(wù)：第1章操作系統(tǒng)概述課程描述眾所周知，操作系統(tǒng)是計算機(jī)的靈魂。沒有操作系統(tǒng)，計算機(jī)就是一堆板卡和芯片的組合，做不了任何事情。任何應(yīng)用程序都要依托一個操作系統(tǒng)。不同操作系統(tǒng)上運行的應(yīng)用程序有不同的特點和開發(fā)方法。因此，在開發(fā)應(yīng)用程序之前，有必要了解它所運行的操作系統(tǒng)的基本特點。從而在應(yīng)用程序中充分利用和發(fā)揮操作系統(tǒng)的特性。本章介紹操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史和基本特性，以及Windows操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。本章知識點1.1操作系統(tǒng)的概念和歷史1.2Windows操作系統(tǒng)概述1.1操作系統(tǒng)的概念和歷史1.1.1操作系統(tǒng)的功能和分類1.1.2Internet的管理機(jī)構(gòu)1.1.3國內(nèi)Internet網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的現(xiàn)狀1.1.1操作系統(tǒng)的功能和分類操作系統(tǒng)主要功能如下

管理計算機(jī)的硬件資源，例如，輸入輸出、內(nèi)存分配等。操作系統(tǒng)是應(yīng)用程序和計算機(jī)硬件之間的中介，盡管計算機(jī)有時會直接執(zhí)行應(yīng)用程序代碼。為各種應(yīng)用軟件的運行提供通用服務(wù)。除了計算機(jī)外，很多諸如手機(jī)和游戲機(jī)等其他設(shè)備都安裝了操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)由許多部分組成，主要如下。內(nèi)核（kernel）：操作系統(tǒng)最重要的組件就是內(nèi)核。它用于控制普通用戶看不到的低級處理。例如，如何讀寫內(nèi)存，進(jìn)程執(zhí)行的順序，顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)等設(shè)備如何接收和發(fā)送信息，以及決定如何解釋從網(wǎng)絡(luò)中接收到的信息。用戶接口：直接與計算機(jī)用戶交互的組件，通過它，用戶可以控制和使用程序。用戶接口可以是帶有桌面和圖標(biāo)的圖形界面，也可以是帶有命令行的界面。應(yīng)用程序編程接口：提供服務(wù)和代碼庫。通過使用編程接口，開發(fā)人員可以編寫出重用性很好的、模塊化代碼。Internet的發(fā)展歷史1979年，北卡羅萊納州大學(xué)的一名研究生和其他程序員一起開發(fā)了新聞組（USENET），它通常應(yīng)用于電子郵件和討論組。1981年，美國國家基金會為無法訪問ARPANET的機(jī)構(gòu)創(chuàng)建了一個56Kbit/s的骨干網(wǎng)絡(luò)，叫做CSNET，并計劃在CSNET和ARPANET之間建立連接。1983年，因特網(wǎng)活動委員會（IAB）成立。從1983年1月1日起，每臺連接到ARPANET的計算機(jī)都必須支持TCP/IP。NCP被徹底取代，TCP/IP成為核心的Internet協(xié)議。1984年，阿帕網(wǎng)被拆分成兩個網(wǎng)絡(luò)，即阿帕網(wǎng)和軍用網(wǎng)絡(luò)（MILNET），美國國防部繼續(xù)對這兩個網(wǎng)絡(luò)提供支持。阿帕網(wǎng)用于支持高級科研工作，而軍用網(wǎng)絡(luò)則為軍方需求提供服務(wù)。1985年，美國國家科學(xué)基金會開始部署新的T1線路，并于1988年完成。1986年成立了互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF），這是松散的、自律的、志愿的民間學(xué)術(shù)組織，其主要任務(wù)是負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的研發(fā)和制定。1988年，在美國國家科學(xué)基金會網(wǎng)絡(luò)完成T1線路改造后，網(wǎng)絡(luò)流量迅速增長，因此他們決定再次對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級。操作系統(tǒng)通常有如下幾種分類方法 實時操作系統(tǒng) 多用戶和單用戶操作系統(tǒng) 多任務(wù)和單任務(wù)操作系統(tǒng)

分布式操作系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)1.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史19世紀(jì)50年代初，一臺計算機(jī)只能同時運行一個程序，用戶只能獨占使用一臺計算機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)計劃的時間時，程序和數(shù)據(jù)將被記錄在紙卡或磁帶上，在執(zhí)行程序之前，要把程序加載到計算機(jī)中。直到程序執(zhí)行完成或崩潰，計算機(jī)才能執(zhí)行其他程序。通常，可以通過前置面板上的開關(guān)和指示燈來調(diào)試程序。整個19世紀(jì)50年代提出并實現(xiàn)了操作系統(tǒng)領(lǐng)域的許多重要特性，包括批處理、輸入/輸出中斷、緩沖、多任務(wù)、鏈接裝入、以及在文件中排序記錄的程序。這一時期，操作系統(tǒng)主要使用在大型計算機(jī)上，IBM公司為此做出了很多貢獻(xiàn)。1959年，SHARE操作系統(tǒng)作為IBM704的一個集成應(yīng)用工具被發(fā)布。隨后在IBM709和7090中使用。19世紀(jì)60年代，IBM的OS/360開創(chuàng)了在整個產(chǎn)品線上使用一個操作系統(tǒng)的概念。這也是System/360計算機(jī)成功的關(guān)鍵。現(xiàn)在的IBM大型機(jī)操作系統(tǒng)還是OS/360的后代產(chǎn)品，為OS/360編寫的應(yīng)用程序還能在現(xiàn)在機(jī)器上運行。19世紀(jì)70年代中期，OS/360的后代產(chǎn)品MVS第一次將RAM作為數(shù)據(jù)的緩存。MS-DOS隨著微型計算機(jī)的應(yīng)用和普及，操作系統(tǒng)技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展。第一代微機(jī)沒有能力、也沒有必要使用大型機(jī)上的操作系統(tǒng)，因此需要開發(fā)較小的、簡單的操作系統(tǒng)。通常這種系統(tǒng)是從ROM中加載的。早期的比較知名的基于磁盤的操作系統(tǒng)是CP/M，它支持很多早期的微機(jī)，后來非常流行的MS-DOS就是仿照CP/M設(shè)計的。正是MS-DOS的成功成就了微軟。UnixUnix（也稱UNIX）可以說是應(yīng)用范圍最廣、最成功的操作系統(tǒng)之一。它支持多任務(wù)和多用戶，Unix最早由貝爾實驗室AT&T小組的工作人員于1969年使用匯編語言開發(fā)，并于1973年幾乎全部使用C語言重新編碼。這為它未來在其他硬件上的開發(fā)和移植奠定了關(guān)鍵的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在Unix已經(jīng)拆分成由AT&T與不同的商業(yè)開發(fā)商和非盈利組織開發(fā)的不同分支。1.2Windows操作系統(tǒng)概述1.2.1Windows的發(fā)展過程1.2.2Windows2000/XP體系結(jié)構(gòu)概述1.2.1Windows的發(fā)展過程Windows是微軟推出的系列操作系統(tǒng)軟件，最早以Windows命名的操作環(huán)境于1985年11月20日作為MS-DOS的插件推出，其后逐漸取代MacOS統(tǒng)治了個人計算機(jī)市場。據(jù)2009年10月的統(tǒng)計，Windows大約占據(jù)Internet上客戶端操作系統(tǒng)的91%的市場份額。最新的客戶端版本是Windows7，最新的服務(wù)器版本是WindowsServer2008R2，最新的移動操作系統(tǒng)版本是WindowsPhone7。Windows3.1在以下幾個方面改進(jìn)了設(shè)計 虛擬內(nèi)存：為多任務(wù)內(nèi)核設(shè)計的內(nèi)存管理技術(shù)，它對計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的各種硬件設(shè)備（例如，RAM模塊和磁盤存儲設(shè)備）進(jìn)行虛擬化。在虛擬內(nèi)存技術(shù)中應(yīng)用程序認(rèn)為它擁有連續(xù)的可用的內(nèi)存（連續(xù)完整的地址空間），而實際上，通常被分隔成多個物理內(nèi)存碎片。 虛擬設(shè)備驅(qū)動器（VxD）：Windows提供的與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的核心。用戶對外設(shè)的操作請求由Windows的虛擬機(jī)管理器(VMM)傳遞到VxD，然后由VxD去操作硬件。 保護(hù)模式：也稱保護(hù)虛擬地址模式，是x86兼容CPU的可選模式。它允許系統(tǒng)軟件使用虛擬內(nèi)存、分頁和安全多任務(wù)等特性，還包括為提高操作系統(tǒng)對應(yīng)用軟件控制而設(shè)計的其他特性。Windows95Windows95于1995年8月發(fā)布，它具有全新的用戶界面，支持多達(dá)255個字符的長文件名；支持即插即用技術(shù)，可以自動檢測和配置已安裝的硬件。它可以運行32位應(yīng)用程序，并且通過技術(shù)改進(jìn)使其穩(wěn)定性高于Windows3.1。Windows98Windows98于1998年6月發(fā)布，它對Internet提供了很多支持，集成了InternetExplorer4.01、OutlookExpress、MicrosoftNetMeeting、MicrosoftChat、PersonalWebServer、NetMeeting和NetShowPlayer（WindowsMediaPlayer的前身）等眾多Internet應(yīng)用程序，并且對用戶界面做了很多改進(jìn)。1999年5月微軟發(fā)布了Windows98第二版（Windows98SE）。Windows98深受當(dāng)時用戶的歡迎，微軟原計劃到2004年11月就不再對Windows98提供技術(shù)支持，但考慮到當(dāng)時依然有眾多用戶在使用Windows98，微軟最終決定將技術(shù)支持維持到2006年11月。WindowsMeWindowsMe是Windows98的升級版本，也是Windows9x系列的最后一個產(chǎn)品。它于2000年9月發(fā)布，目標(biāo)用戶是家庭PC用戶。WindowsMe似乎一直生活在它的前輩Windows98和后代WindowsXP的陰影中，很多用戶是直接從Windows98升級到WindowsXP的，因此忽略了WindowsMe的存在。WindowsNT家族從1993年開始，微軟陸續(xù)發(fā)布了WindowsNT家族，并在商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域獲得了很大的成功。最先發(fā)布的版本是NT3.1，其后又發(fā)布了NT3.5（1994）,NT3.51（1995）,NT4.0（1996）。Windows2000于2000年2月發(fā)布，它是WindowsNT4.0的升級版本，包括Professional、Server、AdvancedServer和DatacenterServer等版本，主要用于商用。WindowsXP2001年8月，微軟推出了集合家用和商用需求的操作系統(tǒng)WindowsXP，XP是eXPerience的縮寫，取“給用戶帶來全新的使用體驗”之意。它采用WindowsNT內(nèi)核和體系結(jié)構(gòu)，是最受歡迎的Windows版本。WindowsServer2003WindowsServer2003是微軟服務(wù)器操作系統(tǒng)，發(fā)布于2003年4月。多安裝于商用服務(wù)器計算機(jī)上。它在穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性和性能方面均優(yōu)于WindowsServer2000，因此在商用領(lǐng)域獲得了成功。WindowsServer2008是WindowsServer2003的升級產(chǎn)品，發(fā)布于2008年2月。這是到目前為止最新的WindowsServer操作系統(tǒng)產(chǎn)品。WindowsVistaWindowsVista是WindowsXP的升級產(chǎn)品，發(fā)布于2007年1月。盡管WindowsVista在用戶界面和使用便捷性等多方面做了很大改進(jìn)，但它與之前開發(fā)的很多應(yīng)用程序的兼容性并不好，因此影響了它的普及，很多用戶選擇繼續(xù)使用WindowsXP。Windows7Windows7是到目前為止最新的Windows操作系統(tǒng)產(chǎn)品，發(fā)布于2009年7月。它在軟、硬件兼容性方面優(yōu)于WindowsVista。它包括HomeBasic（家庭普通版）、HomePremium（家庭高級版）、Professional（專業(yè)版）、Enterprise（企業(yè)版）和Windows7Ultimate（旗艦版）等版本。面對這么多版本的Windows，開發(fā)人員應(yīng)該選擇哪個作為開發(fā)環(huán)境呢？應(yīng)該參考如下因素決定：（1）對應(yīng)用程序的用戶群進(jìn)行分析，有些行業(yè)的用戶至今還在使用Windows98系統(tǒng)。如果要為他們開發(fā)應(yīng)用程序，就要考慮使用Windows98作為開發(fā)環(huán)境。而如果應(yīng)用程序的用戶是普通的家庭用戶，則要考慮使用WindowsXP作為開發(fā)環(huán)境。（2）在經(jīng)典的C/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序中，服務(wù)器程序通常運行在WindowsServer操作系統(tǒng)上，而客戶端程序通常運行在WindowsXP和Windows7等兼顧家用和商用的操作系統(tǒng)上。（3）從WindowsXP開始，所有現(xiàn)在版本W(wǎng)indows都基于WindowsNT內(nèi)核，具體如表1.1所示。因此，Windows系列產(chǎn)品具有很好的向下兼容性。也就是說在低版本W(wǎng)indows上開發(fā)的應(yīng)用程序通?？梢苑€(wěn)定的運行在高版本W(wǎng)indows，而反之則不一定。因此應(yīng)盡可能選擇滿足客戶需求的低版本W(wǎng)indows作為開發(fā)環(huán)境。

Windows產(chǎn)品的WindowsNT內(nèi)核版本號Windows產(chǎn)品WindowsNT內(nèi)核版本號WindowsNT內(nèi)核版本號Windows2000WindowsNT5.0WindowsXPWindowsNT5.1WindowsSever2003WindowsNT5.2WindowsXPSP2WindowsNT5.2WindowsVistaWindowsNT6.0WindowsSever2008WindowsNT6.0（與WindowsVista基于相同版本的WndowsNT內(nèi)核）Windows7WindowsNT6.11.2.2Windows2000/XP體系結(jié)構(gòu)概述

1．用戶模式在用戶模式下，程序可以受限制地訪問系統(tǒng)資源。而且應(yīng)用程序的運行優(yōu)先級比內(nèi)核模式進(jìn)程低。用戶模式由如下幾個部分組成。系統(tǒng)支持進(jìn)程：啟動Windows時必須運行的系統(tǒng)進(jìn)程，包括服務(wù)控制管理器、本地安全認(rèn)證服務(wù)、Windows登錄和會話管理器等。只有運行這些進(jìn)程，才能在啟動Windows時自動啟動必要的Windows服務(wù)、為用戶提供登錄和身份認(rèn)證服務(wù)。服務(wù)進(jìn)程：Windows服務(wù)是長時間運行的、完成特定功能的、不需要用戶參與的程序。它可以在Windows啟動后一直在后臺運行，可以設(shè)置為當(dāng)Windows啟動時自動運行。許多服務(wù)出現(xiàn)在Windows任務(wù)管理器的進(jìn)程列表中，但不能被用戶手動結(jié)束進(jìn)程。在C/S結(jié)構(gòu)中的服務(wù)程序通常可以Windows服務(wù)的形式運行，本書第9章將介紹Windows服務(wù)編程的方法。應(yīng)用程序：Windows任務(wù)管理器、瀏覽器和用戶應(yīng)用程序都可以看作是應(yīng)用程序。用戶應(yīng)用程序可以調(diào)用動態(tài)鏈接庫（DLL）中定義的函數(shù)。在程序設(shè)計時，可以將功能拆分成小塊，并封裝在不同的DLL項目中實現(xiàn)這些子功能，這是非常好的習(xí)慣。這樣做不但可以使應(yīng)用程序的模塊化更清晰，而且便于項目組中的不同程序員分工合作，在出現(xiàn)問題時能夠更方便地定位問題和調(diào)試程序。本書第10章將介紹WindowsDLL編程的方法。環(huán)境子系統(tǒng)：在用戶應(yīng)用程序和Windows之間扮演中介，使不同操作系統(tǒng)下的應(yīng)用程序都可以在Windows下運行。Windows支持Win32、POSIX和OS/2等3種環(huán)境子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)都獨立地運行，應(yīng)用程序只能在相應(yīng)的子系統(tǒng)下運行。Win32是Windows中最主要的子