3.2 操作系统

abc.txt
Pn.exe
概论
···
教案 ···
讲稿 ···
资料 ···
01.doc
02.ppt
05.pdf
24
2、文件目录（文件夹）
– 文件夹说明信息
• 名字、存放位置、大小、创建时间、属性（存档、 只读、隐藏等）
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2、文件目录（文件夹） ——文件的共享和保护
• 当文件夹被设置成为多 • 以Windows操作系统为例， 人共享时，用户还可以 任何一个文件夹均可以设置 定其他用户的访问权 为“共享”还是“非共享”， • 例如文件只能读不能修 • “共享”表示该文件夹中的 改，或者既可读也可以 有文件可以被网络上的其他 改，还可以规定访问文 用户共享， 时是否需要使用密码等。 • “非共享”表示该文件夹中 • 这些措施都在一定程度 所有文件只能由用户本人使 上提供了文件的安全性。 用，他人不能访问。
3.2 操作系统
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3.2 操作系统
3.2.1 概述 3.2.4 文件管理 3.2.2 多任务处理 3.2.5 设备管理 与处理器管理 3.2.6 常用操作系统介1/29
殷凯
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3.2.1 概述
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殷凯
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3.2.1 概述
裸机：只有硬件、没有软 件的计算机。
– 按时间片轮转（10-20ms为1 个时间片 ） 任 – 按优先级调度 务
任务1 任务5 任务4 任务2 任务3
• 举例：
– Windows中的处理器管理 （详见下页）
时间
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Windows中的处理器管理
• 并发（Concurrency）多任务方式
– 前台任务和后台任务都能分配到CPU的使用权，可 以同时运行
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殷凯
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3.2.1 概述
1、操作系统的作用（3＋N）
– 为计算机中运行的程序管理和分配各种软硬件资源 – 为用户提供友善的人机界面 – 为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台 – 辅导用户操作、处理错误、保护系统安全等
PS: • 虚计算机：操作系统屏蔽了大部分物理设备技术细节
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请参阅本章阅读材料3.2 P130~131
3.2.4 文件管理
• 3、文件管理
– 定义：有效地支持文件的存储、检索和修改等操作、 解决文件的共享、保密和保护问题，使用户程序能 方便、安全地访问它所需要的文件。操作系统一般 都含有功能很强的文件管理子系统。 – 主要职责：如何在外存储器中为创建（或保存）文 件而分配空间，为删除文件而回收空间，并对空闲 空间进行管理。 – 基本功能：创建新文件、保存文件、读出文件和删 除文件。
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3.2.4 文件管理
• 2、文件目录（文件夹 Folder）
– 多级文件夹的好处：
• 分门别类 • 方便查找 • 不同文件夹允许文件名 相同 • 为文件的共享和保护提 供了方便
2008/11/29 殷凯 数据
··· T1.txt
\
···
根文件夹
···
应用程序
··· P1.exe
– 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
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Windows的多任务处理
• 多任务处理（multitasking）
– 操作系统支持同时运行若干个程序 – 优点：
• 大大提高了用户的工作效率 • 大大提高了计算机的使用效率
– 使用“windows任务管理器”可 以了解每个任务的运行情况
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文件名和文件类型（补）
• 注意：
– 文件名字使用西文（或中文）字符组成，不能使用 某些特殊字符（如 ？ * ＼ ／ < > : ” | 等） – Windows中允许使用长文件名，文件名最长255个 字符 – 英文字母的大、小写只在形式上加以区分，实际上 不予区别
• 例如： Text.DOC 与 text.doc 是同一个文件
数据
···
D盘根目录
···
应用程序
abc.txt
例 右图中文件02.ppt的位置是： D:\数据\概论\讲稿\02.ppt
··· T1.txt
··· P1.exe Pn.exe
概论
···
教案
讲稿 ···
资料 ···
文件路径
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···
01.doc
02.ppt
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文件管理程序
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3.2.3 存储管理
• 在windows操作系统下
– 虚拟内存比实际内存容量大，由物理内存（主板上 的RAM）和硬盘上的虚拟内存（“交换文件”）联 组成。 – 页面大小为4KB，页面调度算法采用“最近最少使 （Least Recently Used , LRU）。 – Win98下页面交换文件为 C:\WINDOWS\win386.swp – winXP下页面交换文件为C:\ pagefile.sys
– 举例：
• COMMAND . COM • text . doc . rtf
文件名的一般形式为: 文件标识符 . 扩展（后缀）
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3.2.4 文件管理
2、文件目录
– 定义：
• 文件相关信息的有序集合
– 功能：
• 将文件名转换成该文件在外存的物理位置的功 能，即实现文件名与存放盘块之间的映射。
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3.2.3 存储管理
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3.2.3 存储管理
• 存储管理： – 产生原因:执行处理程序时，计算机系统的程序和数据都是保 存在内存中的。而内存的容量有限，因此，当多个程序共享 有限内存资源时，必须合理地为它们分配内存空间，做到用 户存放在内存中的程序和数据既能彼此隔离、互不侵扰，又 能在一定条件下共享。当内存不够用时，还要解决内存扩充 问题，把内存和外存结合起来管理，为用户提供一个容量比 实际内存大得多的“虚拟存储器”。 – 目标:管理内存资源的高效、合理使用。 – 主要内容：内存的分配和回收、内存的共享和保护、内存自 动扩充等。
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3.2.2 多任务处理与处理器管理
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任务&单任务处理
• 任务（Task）:
– 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 – 每启动一个应用程序，OS就会打开一个相应的窗 口，通常一个窗口就是一个任务
• 单任务处理：
• 由“.”加 3～4个英文字母组成 • 用于区分文件的类型（不可自定义）
– 程序文件（可执行文件）：.exe .com » 文件中包含的是可以由CPU执行的程序的二进制代码 – 数据文件： » 文件中包含的是由程序处理的数据的二进制代码 » 举例：纯文本文件（.txt）、PDF文件（.pdf） 、Word文件 （.doc） 、投影片文件（.ppt） 、数码照片文件（.jpg） 、 MP3音乐文件（.mp3）
– 构成：程序或数据、说明信息
• 文件说明信息和文件的具体内容分开存放
文件说明信息
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文件内容
殷凯
存放在文件的目录中
存放在磁盘的数据区中
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文件名和文件类型（补）
• 文件的名字由两部分组成：
– 文件标识符（主文件名）
• 文件的主要标识，不可省略 • 内容自定义
– 扩展名（类型、后缀名）
其 它 分 区
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Windows XP中文件定位（补）
• • 计算机中的每个文件都有一个确定的位置 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： 驱动器号（盘符） + 文件路径 + 文件名 \ 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“＼”相互隔开
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每个硬盘分区的空间划分
主引导扇区MBR
•
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4个部分：
– 引导扇区。
• 包含信息：引导程序及系统启动文件的文件名、文件系统的类
型、簇的大小、根目录允许的最大目录项数目
引导扇区 文件分配表FAT1
第 1 分 区
文件分配表FAT2 根目录区（FDT） 数据区 （以簇为分配单 位）
裸机，不能执行任何程序 安装操作系统后的计算机
•
（简单说）何谓操作系统?
– 安装在硬件设备上的软件 – 允许系统执行基本功能的软件
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3.2.1 概述
• 操作系统（Operating System，简称OS）
控制管理计算机系统内各种软硬件资源、有效地组织多道程序 运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机的接口。 操作系统是最接近计算 硬件的系统软件，通过它管 理计算机资源并在用户（或 应用程序）与硬件之间提供 一个接口。
《在 NTFS、FAT 和 FAT32 之间作出选择 》摘自win XP帮助文档 比较一：每个文件系统与各种操作系统的兼容性
NTFS FAT FAT32
只能通过 Windows 95 运行 Windows XP 或 Windows 可以通过 MS-DOS、 2000 的计算机可以访问 NTFS 所有版本的 Windows、 OSR2、Windows 98、 Windows Millennium Windows NT、 分区上的文件。运行带有 Edition、Windows 2000 Windows 2000、 Service Pack 4（或更高版本） 的 Windows NT 4.0 的计算机可 Windows XP 和 OS/2 和Windows XP 进行访问。 进行访问。 能可以访问某些文件。其它操 作系统则无法访问。
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3.2.1 概述
2、操作系统的启动
RAM ④ 装入引导程序 硬盘 装入操作系统⑥ 读 出 引 ③ 导 程 序 CPU ROM BIOS 执行自举程序 ② ① 加电自检
图3-2 操作系统的加载过
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执行 引导 ⑤ 程序
执行 ⑦ 操作 系统
Program and data in memory
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前台任务与后台任务
• 前台任务：
– 能接受用户输入（击键或 按击鼠标）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
• 后台任务：
– 除前台任务外，所有其它 任务均为后台任务
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处理器管理（ CPU的管理） 时间
• 目的：让CPU轮流为所有 任务服务 • 原则：公平性；优先级； 负载均衡 • 方法：
• 从宏观上看，多个任务同时执行;
– CPU速度很快，用户程序的每次要求都能快速响应。由 每个用户都感觉好象自己在“独占”计算机一样
• 从微观上看，任何时刻只有一个任务在执行，CPU按时间 片轮流执行
– 实际上是操作系统使用户轮流“分时”共享了CPU
• 处理器调度程序（分时思想）
– 按时间片轮转的策略，实行抢占式多任务方式
计算机中配置了多种不同类型的外存储设备，由于物理特 性的差异，它们的目录结构、空间划分与分配方法等都不完 全相同，因而需要采用不同的文件管理程序。 在WindOWS操作系统中， • 软盘采用FATl2文件管理程序， • 硬盘以前用FATl6文件管理程序（2GB以内的硬盘），现在 采用FAT32（2GB以上的硬盘）进行管理。 • CD—ROM采用CDFS文件管理程序， • DVD和CD—RW则采用UDF文件管理程序。 Windows 2000、WindowsNT和WindowsXP操作系统还能 支持一种更加先进的称为NTFS的文件管理系统，它能支持 最大达2TB的硬盘，提供文件夹和文件级的安全性，并能支 持文件加密等功能 FAT后面的数字12、16或32指的是FAT表中每一栏（簇 号）的二进位位数。位数越大，可支持的磁盘容量也越大。 2008/11/29 30 殷凯
2008/11/29
殷凯
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3.2.4 文件管理
2、文件目录
– Windows操作系统采用多级 层次式结构（树状结构）， 构成多级文件夹结构 – 文件目录在Windows中称为 文件夹（Folder）
• 每个逻辑盘（物理盘或硬盘上 的分区）是一个根文件夹 • 文件夹中既可包含文件，也可 包含文件夹（子文件夹）
殷凯
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3.2.4 文件管理
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文件（file）
• 文件的基本概念
– 定义：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、一张数码相片、一只MP3歌曲、一封电子邮件 – 意义：文件是外存中信息的存取（读出/写入）单位
• 计算机中所有的程序和数据都组织成为文件存放在外存储器中，并 使用其名字进行存取、访问操作
– 文件分配表（File Allocation Table ，FAT）
• 共两份（一份为备份）：用于记录数据区的使用情况
– 根目录区：
• 文件目录表（File Directory Table，FDT） • 包含该分区根目录中所有文件及文件夹的说明信息，
– 数据区：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