大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課件1

第三章操作系統(tǒng)

tyutjsjjcb@126.com

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)

FundamentalsofComputers

?太原理工大學(xué)理學(xué)院計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)部

中,

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

主要內(nèi)容

3.1操作系統(tǒng)概述

3.2進(jìn)程管理

3.3存儲管理

3.4設(shè)備管理

3.5文件管理

3.6用戶接口

2

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

3.1操作系統(tǒng)概述

3.1.1操作系統(tǒng)的基本概念

1.操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的地位(3)

計算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個組成部分

沒有任何軟件支持的計算機(jī)稱為裸機(jī)

安裝了操作系統(tǒng)的計算機(jī)通常稱為虛擬機(jī)(Virtual

Machine):裸機(jī)+操作系統(tǒng)=虛擬計算機(jī)

Fundamentalsof

操作系統(tǒng)是位于計算機(jī)硬件之上的第一層軟

件，它對計算機(jī)硬件做首次擴(kuò)充和改造。而操作

系統(tǒng)上層的其他軟件可以獲得較硬件所能提供的

更多的功能上的支持，為用戶提供更加友好的人

機(jī)界面。

4

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

2.操作系統(tǒng)的定義（1）

操作系統(tǒng)是管理和控制計算機(jī)硬件和軟件資源，

合理組織計算機(jī)工作流程并方便用戶使用計算機(jī)的一

種系統(tǒng)軟件。

引入操作系統(tǒng)的目的：

（1）從系統(tǒng)管理人員的觀點來看：操作系統(tǒng)是計算機(jī)

系統(tǒng)的資源管理者。

（2）從用戶的觀點來看：操作系統(tǒng)是用戶與計算機(jī)硬

件之間的接口，操作系統(tǒng)為用戶使用計算機(jī)提供了一

個良好的界面。

（3）從發(fā)展的觀點看：操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)功能擴(kuò)

展的支撐平臺。

5

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

3.操作系統(tǒng)的引導(dǎo)(4)

操作系統(tǒng)是一組非常重要的程序，其中的核心程序在

機(jī)器運行當(dāng)中常駐內(nèi)存，另一部分程序放在輔助存

儲器中，需要的時候從外存調(diào)入內(nèi)存。

在計算機(jī)的電源接通，硬件開始工作后，首先必須把

操作系統(tǒng)的常駐內(nèi)核從磁盤裝入內(nèi)存，并且使它進(jìn)

入正常的工作狀態(tài)，這樣的一個過程稱為操作系統(tǒng)

的引導(dǎo)(SystemBooting)。

DOS操作系統(tǒng)的引導(dǎo)

6

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

v

3.1.2操作系統(tǒng)的分類（3）

1.批處理操作系統(tǒng)

批處理操作系統(tǒng)能支持一批用戶程序預(yù)先輸入到計算機(jī)

中，然后由操作系統(tǒng)自動依次執(zhí)行其中的作業(yè)，處理

完畢后將結(jié)果交給用戶。

批處理操作系統(tǒng)分為單道批處理操作系統(tǒng)和多道批處理

操作系統(tǒng)。

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

2.分時操作系統(tǒng)

分時操作系統(tǒng)允許多個用戶在各自的終端上共同使用一臺計算機(jī)，

用戶可在各自的終端上輸入命令來控制計算機(jī)任務(wù)的執(zhí)行，也可

以從終端上了解計算機(jī)任務(wù)的執(zhí)行情況。

UNIX操作系統(tǒng)是世界上最著名的分時操作系統(tǒng)之一

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

V

分時操作系統(tǒng)將處理器的時間劃分成許多片段，稱為

時間片（Timeslice,通常是幾十毫秒）。

操作系統(tǒng)以時間片為單位，把處理器輪流地分配給每

個終端用戶，每個用戶在不同時刻輪流使用處理器,

感覺上好像自己擁有一臺獨立的計算機(jī)。

▲

用戶程序5―

用戶程序4。

用戶程序3<

用戶程序2<'

用戶程序2

A工

02Q406080100120140.

分時操作系統(tǒng)的時間片

9

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

3.實時操作系統(tǒng)

實時操作系統(tǒng)是一種能在限定時間內(nèi)對輸入（外部事

件）做出響應(yīng)并進(jìn)行快速處理的計算機(jī)操作系統(tǒng)。

根據(jù)對響應(yīng)時間限定的嚴(yán)格程度，實時操作系統(tǒng)可以

分為硬實時操作系統(tǒng)和軟實時操作系統(tǒng)。

硬實時操作系統(tǒng)主要用于工業(yè)生產(chǎn)的過程控制、航空

航天系統(tǒng)的跟蹤和控制、武器的制導(dǎo)等。

軟實時操作系統(tǒng)主要用于如情報資料檢索、訂票系統(tǒng)、

銀行財務(wù)管理系統(tǒng)等。

10

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

V

4.個人計算機(jī)操作系統(tǒng)

從20世紀(jì)70年代中期到80年代早期，微型計算機(jī)上運

行的一般是單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)。例如：MS

DOS（Microsoft磁盤操作系統(tǒng)）的早期版本。

80年代以后到90年代初，微機(jī)操作系統(tǒng)開始支持單用

戶多任務(wù)和分時操作。例如：MSDOS的后期版本

90年代后，由于個人計算機(jī)硬件功能的急劇增加和用

戶對安全性、網(wǎng)絡(luò)功能的要求增強(qiáng)，個人計算機(jī)操

作系統(tǒng)也從DOS轉(zhuǎn)向了通用操作系統(tǒng)Windows系列

和Unux系列。

11

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

5.分布式操作系統(tǒng)

分布式計算機(jī)系統(tǒng)是若干計算機(jī)的集合，每臺計算機(jī)都

有自己的局部存儲器、外部設(shè)備和一個操作系統(tǒng)內(nèi)核，

用來實現(xiàn)對該計算機(jī)的基本控制，系統(tǒng)的其他部分則不

均勻地分布在各臺計算機(jī)上，這樣它的處理和控制功能

及系統(tǒng)中的任務(wù)就可以動態(tài)地分配到各個計算機(jī)去完成。

分布式操作系統(tǒng)就是為分布式計算機(jī)系統(tǒng)配置的操作系

統(tǒng)。它負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信

息傳輸、控制協(xié)調(diào)等工作，并為用戶提供一個統(tǒng)一的標(biāo)

準(zhǔn)界面。

12

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

V

6.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是為計算機(jī)組網(wǎng)而配置的操作系統(tǒng)，即

在通用操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)充了按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

和協(xié)議所開發(fā)的軟件模塊，在這些軟件模塊及有關(guān)網(wǎng)

絡(luò)硬件的支持下，計算機(jī)可以互聯(lián)成網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中

的計算機(jī)之間數(shù)據(jù)通信和資源共享等功能。

工作站

I____________、罕

通信介質(zhì)]I[工

作

—I帖

丁

后修一里務(wù)普廛，

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

操作系統(tǒng)種類繁多，但基本目的只有一個：即要實現(xiàn)在不

同環(huán)境下為不同應(yīng)用目的提供不同形式和不同效率的資源

管理，以滿足不同用戶的操作需要。

14

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

3.1.3操作系統(tǒng)的特征與功能（2）

1.操作系統(tǒng)的特征

并發(fā)性

并發(fā)是兩個或兩個以上的事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。

對于程序而言，并發(fā)也就是多道程序在同一時間間隔內(nèi)同時執(zhí)

行。

對于單處理器系統(tǒng)而言，程序并發(fā)執(zhí)行實際上是多道程序在一

個很小的時間段內(nèi)交替執(zhí)行。從宏觀上看，他們似乎是在同

時進(jìn)行，即并發(fā)執(zhí)行的。

共享性

共享性就是資源共享，即計算機(jī)系統(tǒng)中的軟、硬件資源供所有

授權(quán)程序或用戶共同使用。

程序并發(fā)執(zhí)行必然依賴于資源共享機(jī)制的支持。

15

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

虛擬性

虛擬是指將一個物理上的實體變?yōu)椋ㄓ成錇椋┮粋€或者

多個邏輯上的對應(yīng)物。

虛擬處理機(jī)、虛擬存儲器、虛擬設(shè)備等。

虛擬特征使物理特征不同的同類設(shè)備呈現(xiàn)給用戶的是同

樣的操作界面和運行環(huán)境，從而方便了用戶的使用。

不確定性

在操作系統(tǒng)中，不確定性有兩層含義：

程序執(zhí)行的結(jié)果不確定。這是不允許出現(xiàn)的，必須在設(shè)

并用手以解決。

系統(tǒng)中的程序在何時執(zhí)行，各自執(zhí)行的順序、運行所需

的時間都是不確定的，也是不可預(yù)知的。操作系統(tǒng)允

許這種不確定性。

16

操作系統(tǒng)的作用

操作系統(tǒng)的主要作用體現(xiàn)在兩個方面：

一是管理計算機(jī)；OS用來更有效地管理和分配系統(tǒng)的硬、

軟件資源，使得其能夠發(fā)揮更大的作用。

二是使用計算機(jī)；用戶通過OS,無需了解計算機(jī)軟、硬件

的有關(guān)細(xì)節(jié)就能方便地使用計算機(jī)。

“管家婆”兼“服務(wù)員”，就是操作系統(tǒng)所扮演的一

身二任的角色。

17

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

、p

2.操作系統(tǒng)的功能

進(jìn)程管理（處理器管理）

進(jìn)程是指程序的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的單位。

處理器的分配主要是按進(jìn)程進(jìn)行的，即通過對進(jìn)程的管理和調(diào)度來有效

地提高處理器的效率，使處理器的資源得到最充分的利用。

存儲管理

對主存資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，使多個用戶能夠分享有效的主存資源，以及

存儲在主存中的數(shù)據(jù)和程序。即進(jìn)行多道程序在內(nèi)存中的分配、信息保

護(hù)、地址變換和容量擴(kuò)充等功能。

設(shè)備管理

對各種I/O設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一使用，以便充分發(fā)揮他們的效率并屏

蔽各種設(shè)備的物理特性，向用戶提供一個使用方便的操作界面。

18

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

文件管理

采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的方法對文件進(jìn)行相應(yīng)的管理，使其能方便地存

儲、檢索、更新、共享和保護(hù)，并為用戶提供一整套操作和使用

的方法。

許多操作系統(tǒng)中把I/O設(shè)備也看作是“文件”，稱為設(shè)備文件。

用戶接口

用戶操作計算機(jī)的界面稱為用戶接口（或用戶界面）。

用戶接口為用戶提供一個使用計算機(jī)的環(huán)境、手段和方法，以便

用戶靈活的使用操作系統(tǒng)提供的各種服務(wù)。

操作系統(tǒng)

用戶接口

設(shè)備管理存儲器管理I夕e理囂首回文件管理

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

3.1.4典型操作系統(tǒng)簡介（4）

1.MSDOS操作系統(tǒng)

是美國Microsoft公司為16位字長計算機(jī)開發(fā)的、基

于字符（命令行）方式的單用戶、單任務(wù)的個人計

算機(jī)OS。

2.Windows操作系統(tǒng)

是Microsoft開發(fā)的一個多任務(wù)的OS,它采用圖形窗口

界面，使用戶對計算機(jī)的各種復(fù)雜操作只需通過點

擊鼠標(biāo)即可輕松地實現(xiàn)。

有代表性的版本：Windows95>Windows98>

WindowsNT、Windows2000、WindowsXP

20

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

-J

3.UNIX操作系統(tǒng)

是通用、交互式、多用戶、多任務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域的主流

OS之一，是被業(yè)界公認(rèn)的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的OS。UNIX也

是目前唯一能在各種類型計算機(jī)的各種硬件平臺上穩(wěn)

定運行的OS。

4.Linux操作系統(tǒng)

是20世紀(jì)90年代推出的一個多用戶、多任務(wù)的OS。

它與UNIX完全兼容，具有UNIX最新的全部功能和特

性。Linux的設(shè)計是為了在Intel微處理器上更有效的運

行。它的最大特點在于它是一個源代碼公開的免費

OS,其內(nèi)核源代碼可以免費傳播。

21

+*“皆如苴工山Fundamentalsof

大于計算機(jī)基磁2進(jìn)程管財1Pliters

3.2.1進(jìn)程的概念

1.為什么要引入進(jìn)程(Process)(3)

操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的是為了實現(xiàn)程序的并發(fā)執(zhí)行

及系統(tǒng)資源的共享利用。

?程序是一些有意義指令的有序集合。程序的執(zhí)行可分為順序執(zhí)

行和并發(fā)執(zhí)行兩種方式。

?在多道程序處理環(huán)境中，如果有多個程序段同時在系統(tǒng)中運

行，且它們的執(zhí)行時間是重疊的，稱這幾個程序段是并發(fā)執(zhí)行

的。

?程序之間可以共享資源，也存在著資源的競爭使用，暫時沒有

得到資源的程序必須等待。靜態(tài)的程序概念難以反映程序動

態(tài)、并發(fā)的執(zhí)行活動。

22

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

進(jìn)程的特征（2）

進(jìn)程的概念：進(jìn)程是一個具有獨立功能可并發(fā)執(zhí)行的程

序在其數(shù)據(jù)集上的一次運行，它是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源

分配的基本單元。

進(jìn)程的特征：

動態(tài)性：進(jìn)程的實質(zhì)是特定程序的一次動態(tài)運行過

程。動態(tài)性是進(jìn)程最基本也是最本質(zhì)的特征。

并發(fā)性：多道程序系統(tǒng)內(nèi)可以同時存在一個程序甚

至多個程序的多個進(jìn)程，他們并發(fā)地執(zhí)行。

獨立性：進(jìn)程能獨立地申請系統(tǒng)資源，獨立地被系

統(tǒng)調(diào)度執(zhí)行，可以完成相對獨立的功能。

23

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

1Computers■

異步性：各進(jìn)程的執(zhí)行進(jìn)度（指何時執(zhí)行、何時暫

停、何時進(jìn)行I/O等）或推進(jìn)速度是異步的，與同

時駐留內(nèi)存的其他進(jìn)程有關(guān)。

結(jié)構(gòu)特征：系統(tǒng)為每個進(jìn)程創(chuàng)建一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記

錄與該進(jìn)程有關(guān)的狀態(tài)信息。人們借此感知進(jìn)程

的存在、運行和變化

交互性：進(jìn)程在執(zhí)行過程中可能與其他進(jìn)程產(chǎn)生直

接或間接的關(guān)系。

24

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

3.進(jìn)程與程序的區(qū)別和聯(lián)系（2）

區(qū)另I」：

進(jìn)程是動態(tài)的，程序是靜態(tài)的。

進(jìn)程是暫時的，程序是永久的。

進(jìn)程具有并發(fā)特征，而程序沒有。

聯(lián)系：

通過多次執(zhí)行，一個程序可對應(yīng)多個進(jìn)程。

通過調(diào)用關(guān)系，一個進(jìn)程可包括多個程序進(jìn)程，可創(chuàng)建

其他進(jìn)程，而程序并不能形成新的程序。

25

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

4.線程(Thread)(3)

為什么要在進(jìn)程中建立線程？

為了提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率，減少處理器的空轉(zhuǎn)和調(diào)度切換(保

護(hù)現(xiàn)場信息)的時間，使操作系統(tǒng)具有更好的并發(fā)性。

線程的概念

進(jìn)程內(nèi)的一個基本調(diào)度單位或進(jìn)程內(nèi)的一個執(zhí)行單位

線程基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有少量在運行中必不可少的

資源，如程序計數(shù)器、寄存器和棧，因而線程也稱為輕量級進(jìn)

程(LWP,LightweightProcess)。

26

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

進(jìn)程和線程的比較

資源：進(jìn)程是擁有資源的獨立單位，線程不能申

請系統(tǒng)資源，而共享其所屬進(jìn)程的全部資源。

調(diào)度：在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，進(jìn)程既是擁有資源

的基本單位，又是獨立調(diào)度的基本單位，而在引

入線程的操作系統(tǒng)中，線程是獨立調(diào)度的基本單

位，進(jìn)程才是擁有資源的基本單位，

并發(fā)性：在引入線程的操作系統(tǒng)中，進(jìn)程之間及

同屬于一個進(jìn)程的多個線程之間都可并發(fā)執(zhí)行。

系統(tǒng)開銷：線程的創(chuàng)建、撤銷及切換開銷遠(yuǎn)小于

進(jìn)程操作的開銷。線程的同步和通信也比較容易。

27

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

5.Windows操作系統(tǒng)中進(jìn)程和線程的運行(3)

例3-1執(zhí)行兩次記事本、一次計算器和一次Word應(yīng)用程序,

然后觀察任務(wù)管理器中應(yīng)用程序、進(jìn)程和線程的變化情況。

烏Vlndovs任務(wù)管理春

文件(E)選項(Q)查看9關(guān)機(jī)@)幫助(M)

應(yīng)用程序進(jìn)程性能聯(lián)網(wǎng)H戶

映像名稱用戶名CPU內(nèi)存使用線程數(shù)八

tomcatS.exeSYSTEM0020,5

svchost.exeSYSTEM001,41

Rtvxcan.exeSYSTEM002,13

n?ysqld-nt.exeSYSTEM004

MDMEXESYSTEM003

DefWatch.exeSYSTEMLIU3

CDANTSRV.EXESYSTEM0012

spoolsv.exeSYSTEM002,04812

explorerexejxri215,26814

svchost.exeLOCALSERVICE001,0165

svchost.exeNETWORKSERVICE0063667

svchost.exeSYSTEM008,1728

svchost.exeSYSTEMLUj1,31619

IsassexeSYSTEM0092016

services.exeSYSTEMHlj1,48819

winlogon,exeSYSTEM001,2569

csrss.exeSYSTEM005,644

口顯示所有用戶的進(jìn)程啜)I結(jié)束迸程面一|

進(jìn)程數(shù)：25CPU使用：5%提交更改：226808K/622336K

圖3-3(a)任務(wù)管理器中應(yīng)用程序列表圖3-3(b)任務(wù)管理器中進(jìn)程列表28

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

與findovs任務(wù)管理:SBE?與findovs任務(wù)管理器

文件電)選項電)查看9關(guān)機(jī)a)幫助㈤

及用程序進(jìn)程：性而I聯(lián)網(wǎng)用戶

f像名稱_用戶名CPU線程數(shù)A

5團(tuán)792K

,^mwoRD.mCIO7

幻212K

calc,exe00％216K1

notepad,exe00s204K1

notepad,exe00c1

i00K

Ijx02313

212K

ULCDRSvrexeSYSTEMLinL412K2

svchost.exeSYSTEMLIU960K5

乙

Rtvscan.exeSYSTEMIJU348K41

mysqld-ntexeSYSTEM00796K13

MDM.EXESYSTEM0080K4

DefWatch.exeSYSTEM0072K3

CDAHTSRV.EXESYSTEM00Z060K3

spoolsv.exeSYSTEM00080K12

瓦

explorerexejx00016K10

，

svchost.exeIJ3CALSERVICEIjlj624K14

svchost.exeNETWORKSERVICELiu204K4

的

svchost.exeSYSTEM0066v

<>

□顯示所有用戶的進(jìn)程6)|結(jié)束進(jìn)程Q)|

進(jìn)程數(shù)：28CPU使用：4%提交更改：227860K/622336K

圖3-4(a)執(zhí)行應(yīng)用程序后的列表圖3-4(b)相應(yīng)的進(jìn)程列表

29

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

3.2.2進(jìn)程控制（3）

所渭進(jìn)程控制，就是系統(tǒng)使用一些具有特定功能的程序段來創(chuàng)建、撤

銷進(jìn)程以及完成進(jìn)程各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到多進(jìn)程高效率并發(fā)執(zhí)

行和實現(xiàn)資源共享的目的。

1.進(jìn)程的狀態(tài)

進(jìn)程在其生存周期內(nèi)，其執(zhí)行過程是間斷性的，因此進(jìn)程狀態(tài)是不斷

變化的。

運行狀態(tài)：是指當(dāng)一個進(jìn)程已經(jīng)獲得所有資源并在處理器上運行的

狀態(tài)。

就緒狀態(tài)：是指當(dāng)一個進(jìn)程已經(jīng)獲得除處理器外的所有資源時所處

的狀態(tài)。

阻塞狀態(tài)：是指進(jìn)程在等待某事件的發(fā)生（如等待輸入/輸出、申請

緩沖空間或等待其他進(jìn)程給它發(fā)送消息）而暫時不能執(zhí)行的時候

所處于的狀態(tài)。

創(chuàng)建狀態(tài)：是指進(jìn)程正在創(chuàng)建過程中，還沒有送入到就緒隊列的狀

5^o

退出狀態(tài)：是指進(jìn)程已結(jié)束運行，但還未撤銷時所處的狀態(tài)。30

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

進(jìn)程的狀態(tài)及其變化

31

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

、