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计算机软件基础
The software basic
of computer
主讲：赵英良
西安交通大学
计算机教学实验中心
第 8单元
操作系统基础
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第 2 页
第一部分：操作系统基本概念
计算机系统 = 计算机硬件 + 计算机软件
计算机硬件 是构成计算机系统的物理部
件和设备的总称。硬件的核
心是主机；主机的核心是 CPU。
计算机软件 是构成计算机系统的逻辑部
件及文档资料的总称。软件的
核心是系统软件； 系统软件的核
心是操作系统。
操作系统是系统软件的核心
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第 3 页
1,操作系统的概念
Operating System
（ 1）定义,操作系统是控制和管理计算机硬件和软件
资源、合理组织计算机工作流程、方便用户使用计
算机并提高计算机响应速度而设计的一套程序的集
合。
资源角度,是计算机资源管理系统，负责计算机系统的
全部资源的分配、控制、调度和回收
用户角度, 操作系统是计算机与用户之间的接口
进程角度,是动态、合理地组织计算机工作流程的软件。
评价（地位和作用）：
操作系统是直接与硬件相邻的第一层软件，是其他软件
运行的基础，是系统软件中最基本、最核心的部分。
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第 4 页
（ 2）操作系统的两大基本职能
? 面向计算机：
– 管理和操控全部计算机资源 (CPU、设备、
存储器、文件 )；
– 提高系统效率。
? 面向用户：
提供人机界面；提供便捷的操作环境。
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第 5 页
（ 3）操作系统的五大功能
操作系统功能 文件管理
进程管理
存储器管理
作业管理 设备管理
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第 6 页
2、操作系统的发展
? OS是伴随计算机技术的发展而发展的。其发展大致经
历了四个阶段。
（ 1）、早期阶段，从 20世纪 40年代末到 50年代中
期 —— 无操作系统
几乎无外部设备,软件只用机器语言, 无操作系统 。 手工操作, 系统
资源利用率低
（ 2）、第 2阶段,50年代中期 —— 第 1代操作系统
把, 零散的单一程序处理, 变为, 集中的成批程序处理, 的处理方式 。
,批处理, 操作系统 （ 监管程序 ） 由此而产生,（ 医院透视 ） 程序员和操作
员分工,
（ 3）、第 3阶段 —— 第 2代操作系统
通道技术, 缓冲技术, 多道处理技术, 中断技术等 。 由此产生了第二代操作系
统 。 CPU利用率低的矛盾更加激化 。
现有处理技术和手段已不适应应用的实时处理需求
（ 4）、第 4阶段 —— 第 3代操作系统
多用户操作系统、网络操作系统、多媒体技术、“客户机 /服务器”模
式
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几种相关技术
? 多道处理 一个 CPU同时处理多个程序；同时将多
个程序装入内存, 并同时运行的机制；大大提高
了 CPU的利用率；
? 通道技术 将 I/O处理从 CPU的控制下独立出来的一
套处理机制, 也称为, I/O处理机, ； CPU不再直
接控制 I/O设备, 而是通过通道去控制, 从而实现
了 CPU和 I/O设备之间的并行工作, 缓解了 CPU和
I/O速度不匹配的矛盾；
? 中断技术 在程序运行中, 出现了某种紧急事件,
必须暂时中止现行程序, 转去处理此事件, 然后
再恢复中断程序的运行技术 。
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第 8 页
3、操作系统的分类 P116
1、按处理器特点分：
? 分时 OS 采用分配时间片的方法，一个 CPU可为多个用户服务。
? 实时 OS 在较短时间内即响应用户要求并完成处理的 O S。
2、按适用面分,
? 专用 OS 为特定应用目的或特定机器环境而配备的 OS。
? 通用 OS 为通用计算机系统配备的 OS。
3、按用户数量分：
? 单用户 OS 只能服务于单个用户的 OS；如 MS-DOS。
? 多用户 OS 能为多个用户服务的 OS；如 UNIX,WINDOWSＮＴ。
4、按任务处理方式分：
? 交互式 OS 能为用户提供交互式操作支持的 OS。
? 批处理式 OS 以批处理方式处理用户作业的 OS。
5、按硬件环境和控制方式分：
? 集中式 OS 指驻留在一台计算机上或管理一台计算机的 OS。
? 分布式 OS 用于管理分布式计算机的 OS。
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第 9 页
4.常用、主流 OS简介
?MS-DOS
?UNIX
?WINDOWS
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第 10页
MS-DOS
MS-DOS 16位机、基于字符（命令行）方式的 OS
交互式、字符界面、批处理、单用户、集中式
? MS-DOS操作系统的特点,
1) 系统简单,层次性强
2) I/O重定位，如 dir>a.txt
3) 管道操作 ;把一个命令或程序的输出送到另一个命
令或程序中去并依次形成一个连续的处理过程,
4) 树形文件目录系统, dir|more
? 最早的版本 DOS1,0，在 1981年 8月发布；它由 4000行汇编代
码组成，运行于 8K内存中，使用 Intel8086微处理器。
? 以后，随着 Intel不断推出功能越来越强大的 CPU以及 PC
? 领域各种新技术的发展,Microsoft不断推出新的 DOS版本，
直到 7.0。但 DOS并不能充分发挥一些新的 CPU的强大功能。
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第 11 页
UNIX
UNIX,交互式的分时操作系统, 中, 小型机的工业
标准化的 OS。
? 1969年 美国 AT&T公司的 BELL实验室在 PDP-7小
型机上开发出 UNIX（ 汇编语言版本 ） ；
? 1973年推出 UNIX第 5版 （ C语言版本 ） ；因此, 而
获美国计算机界最高奖 — ACM 图灵奖；
? 1992年据美国 Infocorp公司调查,装 UNIX的机器占
全世界计算机市场的 36%;
? 在美国,90%的大学使用 UNIX,这些大学的计算机系
均开设 UNIX操作系统的课程 ;
? UNIX已成为通用的, 交互式的, 多用户, 多任务
应用领域中小型机的主流操作系统之一 。
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第 12页
UNIX操作系统特点
⑴ 多用户、多任务、交互式、分时
⑵功能强、但规模小（整个系统一万行代码）
⑶灵活性（系统的 90%用 C编写，便于维护、具有可
扩充性、可移植性）
⑷所有文件是没有内部结构的字符行序列，外部设备、
目录和普通文件同样处理、对待。 （普通文件、
目录文件、特殊文件）
⑸树状文件结构
⑹模块性好，适应性强
⑺为用户提供了功能完备、使用方便的命令程序语言
Shell，且系统具有完备的网络功能。
⑻可移植性好
⑼系统安全（满足 C2级安全标准，自主访问控制、对
象重用、辨别与验证、审计）
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第 13页
WINDOWS
WINDOWS 32位以上高档微机的, 单用户,
多任务, 基于图形界面的主流 OS
? 1983年 11月, MICROSOFT公司推出
WINDOWS1.0操作环境；
? 1992年, 几经改版, 推出 WINDOWS
3.1(还不是一个独立的 OS);
? 1993年推出 WINDOWS NT,网络版操作系
统 ;
? 1995年推出 WINDOWS’95。
? 1998年推出 WINDOWS’98。
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第 14页
WINDOWS的特点
1,一致性的用户界面 （ 图形界面, 窗口, 菜单, 控件
操作方式 ）
2,多任务操作
3,功能强大的, 先进的内存管理
4,支持动态数据交换 （ DDE） 和动态连接库 （ DLL）
5,设备无关性 。 对外部设备的管理都是通过设备驱动
程序来实现的 。 更换设备只需安装相应的设备驱动
程序即可 。 支持鼠标操作 。
6,支持网络功能和多媒体技术 （ 内置 TCP/IP协议,
Windows网络登录等功能, 使各种资源可在网上共
享 ） 。
7,支持 GBK大字符集 （ 2万多汉字字符 ） 及多种字库 。
8,系统庞大, 开销大, 启动, 关机慢 。
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第 15页
三种操作系统的比较
操作系统 多生产 硬件要求 多用户 多任务 市场 用户 编程界面 网络 安全性
厂商 支持 支持 界面 功能
MS-DOS MS PC机及 否 否 PC机 字符 静态 差 一般
IBM 兼容机 界面 类库
Windows MS PC机及 否 是 PC机 字符界 静态类库
兼容机 面及图 多种 API 强 较强
形界面 VXD编
程接口
UNIX IMB 各种机器 是 是 小型机 字符界 静态类库
HP 工作站 面及图 多种 API 很强 很强
Sun等 服务器 形界面
共同点：
程序执行、资源分配,I/O操作、文件系统管理、
出错检测、中断处理、统计、保护等。
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第 16页
第二部分：文件系统管理
教学内容：
? 理解文件、文件系统的概念
? 了解文件系统的组织结构和管理
机制
? 了解 DOS,UNIX,WINDOWS
下的文件管理方法
? 了解文件的保护机制
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第 17页
一、文件的概念及分类
1.文件 FILE
存于计算机中且具有唯一名字的一
组相关信息的集合。
计算机中的所有信息、包括各种不
同类型的程序都是以文件的形式存放的。
对计算机的操作，实际上是对文件
的操作。
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第 18页
2.文件系统
文件系统 FILE SYSTEM
以某种方式在外存中组织的文件集合，以及
实现对文件集合进行管理的操作机制。简单
地说,文件系统是专用于组织、管理、操作
文件的应用系统 。
文件系统可实现对文件的,按名操作,。
? 文件 +操作
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第 19页
3.文件管理
文件管理
即实现对文件的各种操作，包括：文
件的建立、修改、打开、关闭、复制、
删除等等。
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第 20页
4.文件名
文件名
是文件在计算机中唯一的标识符。它的组成形式
为（ MS-DOS 32字节目录登记项 ）：
主文件名, 扩展名
分割符
文件名 由 1到 8个字符组成
扩展名 通常是由 3个字符组成
WINDOWS支持长文件名，最长可达 255个字符、
且可以包括空格。
? UNIX中文件名是一个不大于 14个字符的字符串 。 并
且区分英文字母的大小写 。 没有文件名和文件扩展
名之分 。
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第 21页
合法的 DOS文件名,
FORMAT.COM, 报告 1.DOC,汇报提纲
非法的 DOS文件名：
1FILE.TXT, MY FILE, DOC, %文件 1
合法的 WINDOWS文件名,
My Documents, Program Files,考察报告、
计算机文化基础教学大纲
举例
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第 22页
文件通配符
? 为便于文件的操作而设置的文件名代理机
制；用于表示某种类型的文件。
,*” 表示从该位置起可以是任意字符。
,?, 表示在该位置处可以是任意字符；
显然“？”表示的匹配范围比,*”
小。
例：
Dir soft.*
Dir s.*
Dir s*.*
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第 23页
5.文件分类
? 根据文件的 不同用途或文件中信息的特征, 有不同
的类型。
1）按文件的信息性质分
文本文件 由 ASCII字符组成的文件；其中的信息
可以用文字编辑程序直接处理。
可执行文件 计算机能直接识别的文件；可以执行，
但不能编辑。
2）按对文件的存取方式分
顺序文件 只能对其中的内容按存放顺序访问的文件。
随机文件 对其中指定的内容可以随机访问的文件。
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第 24页
文件分类（续）
3）按文件的保存时间分
临时文件 在数据处理过程中存放临时结果的文件。
永久文件 在数据处理过程结束后仍存在的文件。
4）按文件的组织结构分
连续文件 文件信息在存储介质上占据连续物理地
址空间。
链表文件 文件信息在存储介质上不占据连续的物
理存储空间，通过指针建立元素间的联
系。
5）按文件的地位分
系统文件 通常指随计算机系统提供的文件。
应用文件 用户为实现某种应用而建立的文件。
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第 25页
二、文件系统及其功能
? 在计算机中，用户对文件的操作都是通过
文件系统实现的。操作时，用户指定要处
理的文件名，文件系统“按名”找到指定
的文件，并实施相应的操作。这些操作都
是文件系统自动完成的。因此，文件系统
是操作系统的是必不可少的重要组成部分。
? 1.文件系统是：
? 对文件进行建立、删除、查找、修改等管
理操作的功能全体。
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第 26页
2.文件系统的特点
1),按名操作
在文件系统中，文件是以它的符号名唯一标识的。用户对
文件的操作，只需正确地指出文件的,路径和文件名”即
可，文件系统将自动实现符号名与物理地址的转换和操作。
2)、安全可靠
不同操作系统的文件管理程序对文件提供有不同的安全保
护机制；象 MS-DOS,WINDOWS（单用户 OS），对文件
的保护措施相对较弱；而象 UNIX,WINDOWS NT（多用
户 OS），则保护功能强。 保护措施是通过“访问权限”来
实现 的。
3)、信息共享
信息共享一直是计算机业界追求的目标。在多用户和网络
环境下，文件系统提供的文件并发控制功能，使 多个不同
用户可以同时访问一个文件，或使异地、甚至远程用户共
享同一个文件。
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第 27页
3.文件系统需要解决的问题
1)、有效地分配、管理存储空间；
2)、提供合适的文件存取方式；多样性、
灵活性；
3)、操作机制,对 I/O设备的独立性；
4)、安全可靠
5)、信息共享
6)、实现各种有效的操作。
? 文件系统的功能,实现存储器的空间组
织和分配，文件信息的存储并对存入的
进行保护和检索，方便用户“按名存取”
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第 28页
三、文件系统的组织
1、基本概念
文件卷 （ Volume）用于存放文件的存储介质
的统称。一个逻辑盘就是一个文件卷。
块 （ Block） 文件系统中，用来存储、传输文件
信息的单位。定长（例如 512（扇区）或 1024
（簇）个字节）。
块长度 不同文件系统，块长度不一样，通常
取 2n ； MS-DOS中，用“簇”（ 2n 个扇区）
作为块长度单位,UNIX中，用“页”作为
长度单位。
卷、目录、文件、块
n
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第 29页
基本概念 (续）
文件构成,为便于管理，一个文件由两个部分组成：
特征信息和文件体：
? 特征信息：用于管理和操作控制；
? 文件体：是文件的实际内容信息。
目 录：文件特征信息的列表
为便于查找和管理磁盘上的大量文件，采用类似于图书中目
录的编目机制对磁盘上的文件进行编目管理。这种管理机制
就是文件的目录系统。
文件的目录项：目录中的每一项
? 目录是文件系统的管理机制。每个文件在目录中有一个表项，
称其为目录项。每当增加或减少一个文件时，目录中的目录
项也作相应的增、减。
? 为了便于管理，不同文件系统的目录项的内容是不同的。
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第 30页
-L 100 0 13 1
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第 31页
MS-DOS目录项内容
字节地址 字节数 内容说明
0~7H 8 文件主名
8~AH 3 文件扩展名
BH 1 文件属性
C~15H 10 DOS保留区，未用
16~17H 2 文件建立、修改时间
18~19H 2 文件建立、修改日期
1A~1BH 2 文件首簇号、首地址
1C~1FH 4 文件长度
一个目录项由 32个字节组成。
字节 00:
00未用的
目录项
E5已删除
的目录项
2E子目录
项
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第 32页
DOS文件的属性
文件,属性,是控制文件操控权限的一种
机制。它只占一个字节，其代码组成为：
系统、只读、隐含文件的属性代码是,27H”，二
进制代码为：,0 0 1 0 0 1 1 1,。
7 6 5 4 3 2 1 0
前两位
未用
文
档
子
目
录
卷
标
系
统
隐
含
只
读
2 7
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第 33页
UNIX索引项内容
目录项标识 目录项含义
文件属性
文件属主
文件属组
文件大小
文件联接数
文件数据区索引
最近访问时间
文件访问时间
文件创建时间
i-mode
i-uid
i-gid
i-size
i-nlike
i-addr[40]
i-atime
i-mtime
i-ctime
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第 34页
2、文件系统的存储结构
? 文件因数量巨大，决定了只能存于外存空
间。因此，文件的组织结构是与外部存储
设备密切相关的。
? 一个逻辑磁盘就是一个文件卷。一个文件
卷就可以组成一个文件目录的树型结构。
? 虽然 MS-DOS和 UNIX的文件系统都采用树
型的目录结构，但是，就文件系统的存储
结构而言是截然不同的。
? (1)外存 （ 2）树型目录结构
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第 35页
DOS文件系统的存储结构
? 在 DOS下，文件主要存放在磁盘上，而磁盘在
使用之前要先进行格式化处理。 DOS的格式化
处理包括, 物理格式化,和, 逻辑格式化,。
? 物理格式化 是建立计算机能够识别的标准格式；
划分为磁道和扇区。（低级格式化）
? 逻辑格式化也称高级格式化,是在物理格式化
的基础上，建立文件系统可以识别的逻辑格式。
（ format）
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第 36页
磁盘的物理结构
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第 37页
逻辑格式化建立的存储结构
引导区 存放启动计算机的引导记录和有关磁盘存储介
质的描述信息。计算机启动时自动跳转到此处执行引
导程序。 （计算机引导型病毒修改引导扇区）
FAT 文件分配表,DOS文件系统组织结构中重要
的组成部分。用于存放文件链表的地址信息（簇号）。
一个文件若有 N个链块（簇），则占 N个表项。 （为防
止损坏，有两个，相同）
FDT 文件目录表，用于存放文件的目录项信息。一
个文件占一个表项。（ DOS为 32字节）（ ROOT）
引导区 FAT1 FAT2 FDT 第 1簇 第 2簇 …..,DATA 区
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第 38页
-L 100 0 1 1
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第 39页
文件名与存储地址转换示意图
FILE
FILE
FDT FAT D A T A 区
文件名
fi_2
fi_3
fi_4
首地址
f i _ 1
第 1块 第 2块
第 3块 第 4块
FILE ^fi_1 fi_2 fi_3 fi_4
??????
??????
??????
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第 40页
UNIX文件系统的存储结构
? UNIX文件系统的存储结构与 DOS
的很类似，应该说 DOS的系统设计
借鉴了 UNIX系统的设计思想。
? 在 UNIX下，文件、目录和 I/O设备
都作为文件对待，从而简化了系统
设计，也方便了用户的使用。
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第 41页
UNIX文件系统的存储结构
UNIX系统将文件（广义的）都看作是由逻辑块的有序
序列，每块定长（ 512或 1024字节），块号从 0开始顺
序编号，从而将一个逻辑盘划分为如下所示的逻辑结
构：
块号,0 1 2 ~ n n+1 ~ r
引导块 超级块 i结点块区 数据块区 ……
?引导块 存放用于 启动 UNIX的引导程序 。每个文件系
统有一个引导块。
?超级块 存放 文件系统状态信息的参数表 。包括,文
件系统占用磁盘空间的大小、文件目录项的 长度、自由
数据块号链表和 自由 i 结点块号链表。
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第 42页
UNIX文件系统的存储结构（续）
? i结点块区 也称索引结点区，用来存放文
件系统的索引结点表。一个文件占据一个
索引结点。第 1个结点为文件系统的根结点。
文件系统从根结点开始。一个文件系统可
以挂在另一个文件系统的非叶结点上。
? 数据块区 存放文件信息或用于文件管理
的其他信息，（例如：文件块的一、二、
三级间接寻址信息）。
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第 43页
UNIX文件名与存储地址转换示意图
PROG PROG
?
?
?
目录表 索引结点表
PROG
索引结
点
? ? ?
i_mode
i_addr[0]
i_addr[1]
?
?
?
i_addr[12]
PROG
第 1块
PROG
第 2块
PROG
最后 1块
?
?
文件
物理块
PROG
文件体块
文件
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第 44页
UNIX文件系统四级寻址方式
? UNIX目录项中,char i_addr[40]是
字符数组，共 40个字节，实际使用
39个。每 3个字节表示一个索引结点
地址，共可以表示 13个地址
（ addr[0]~addr[12])。若每个地址
对应一个数据块，则文件最大只能是
13块。为此，将 UNIX的寻址方式设
计为四级寻址方式。
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第 45页
四级寻址机制
直接地址 前 10个地址直接对应 10个数据块；这是出于大
多数文件是 5K以下小文件的考虑。
512Byte*10=5kByte
一级间接寻址 用 addr[10]作为一次间接寻址；它对应的块用于存
放一次间接地址，共 128个（每块 512个字节,4个字节一个地址）。
二级间接寻址 同理，用 addr[11]作为二次间接寻址，共 1282 个
地址，可对应 1282 个存储块。
三级间接寻址 用 addr[12]作为三次间接寻址，共 1283 个。
最大文件长度 =0.5KB*(10+128+1282 + 1283 ) <= 2GB
2 3
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第 46页
四级间接寻址示意图
文件
FILE FILE
目录表 索引结点表 间接索引寻址 数据块
直接地址 0
直接地址 1
???
块 0
块 1
???
直接地址 9 块 9
二次间接地址 ???
???
块 m
一次间接地址
??? ???
???
块 p
三次间接地址
??? ??? ???
???
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第 47页
四、文件系统的保护与使用
文件保护有两重含义：
? 防止文件被非法读取 （权限）
? 防止文件被有意或无意的破坏。 （属性）
在文件系统中，通常采用,访问权限,这种
保护机制来实现对文件的保护。
在 MS-DOS,WINDOWS单用户 OS中，文
件保护的意义不大。因此，保护措施和机制
相对简单。对于 UNIX,WINDOWS NT一类
的多用户 OS，文件的保护机制就复杂和有
效的多。
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第 48页
1,DOS的文件保护机制
? DOS通过外部命令 UNDELETE设置了三级文件保
护机制；分别为“警卫、追踪和一般保护”。
?, 一般保护,措施可以有条件的恢复被删除的文件；
即删除文件后，还没有做过改变磁盘存储分配的操
作这样一种情况下，被删除的文件可以恢复。否则，
就不能恢复。
?,警卫保护”和“追踪保护” 是在内存和磁盘中
开辟出专用空间，存留被删除的文件，两者不同之
处在于开辟的空间大小不同而已。它们都是以系统
资源为代价，换取保护文件的。
? 系统、隐藏、只读
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第 49页
2,UNIX的文件保护机制
UNIX是多用户系统，文件保护就具
有了实质性的意义，因而也复杂。
UNIX用文件的存取权限限定对文件
操作，为此，设定了,两种用户,、
,三个等级,、,三种存取权限,。
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第 50页
1）两种用户
特权用户
可以随意存取任何用户的文件、包括
修改和删除；（ root）
普通用户
只能对自己的文件进行操作；而对其
它目录下的文件只能进行授权的操作。
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第 51页
2）三个等级
文件所有者
文件的创建者（主人），对自己的文件有处理全权；
同组人
与文件所有着是同组关系（例如，同课题组、同教
研室），对同组文件可进行文件主人授权的操作。
其他人
与文件所有者无关的人。只能进行文件主人授权的
操作；若没有被授权，则无法对文件进行任何操作。
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第 52页
3）、三种存取权限
阅读权（ r ） 只能读、显示文件名及目录；
写入权（ w ） 除具有读权限外，还可以建
立文件和目录，显示、修改
文件；
执行权（ x ） 最高权限；除具有读、写权
外还可以执行文件、删除文
件、搜索目录。
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第 53页
权限组合
三个等级、三种存取权限可以组成 9种不同
的存取权限代码，其格式为：
1位 3位 3位 3位
类型 所有人 同组人 其他人
f r w x r w x r w x
其中,f是类型标志位：
- 表示是普通文件
b 表示是块设备文件
c 表示是字符设备文件
d 表示是子目录
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第 54页
举例
-rwxr--r-- 1 bin bin 2208 May 28 1991 /etc/rc
链
接
数
权
限
所
有
名
组
名
文
件
长
度
日
期
文
件
名
权限：普通文件、主人具有“读、写、执行”权、
同组人、其他人具有“读” 权。
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第 55页
UNIX中设置文件权限的命令：
列文件目录,ls –al
修改所有者,chown
修改权限,chmod mode files
Mode 是 4位 8进制数，
chmod 0044 index.html 组用户和其他用户只有读权限
0400,0200,0100拥有者有读、写、执行权 0040,0020,0010同组有读、写、执行
权
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第 56页
五,Windows98的文件管理
? Windows 98的文件管理具有下列特点：
– 执行速度快、易使用；
– 支持长、短文件名
– 采用分层块状设备的结构
– 采用保护模式，原 FAT文件系统改为 VFAT
– 提高 FAT32文件系统结构，支持大容量的磁盘
– 提供可安装文件系统结构，可以同时支持多个网
络系统
– 文件系统由保护模式 32位代码组成，稳定性高。
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第 57页
Windows98文件系统类型
? FAT Windows98文件系统仍支持 MS-
DOS的 FAT
? FAT32 为了支持更高容量的磁盘，
windows98采用了 FAT32文件系统，但仍保
持与 FAT文件格式的兼容。其主要特点：支
持 2048GB（ 2TB）分区的磁盘；采用 4KB的
数据分配单元，可使磁盘容量使用率提高
10%。
? NTFS Windows采用 NTFS文件系统，与
FAT不兼容。
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第 58页
第三部分：进程管理
教学内容：
? 进程,程序的关系和区别
? 进程 的类型、性质和状态
? 进程调度的策略和常用算法
静、动态优先数法、轮转法
? 进程的控制与管理 —— 进程控制块 PCB
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第 59页
一、基本概念
包括：
? 程序
– 单道程序、多道程序、顺序程序、并发
程序
– 顺序程序与并发程序的特征
? 进程
– 进程的特征、性质、状态及转换、线程
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第 60页
1、程序的有关概念
程序 （ Program）
是为解决某个问题用计算机语言或命令设
计,编写的一系列指令的有序集合。
程序的顺序执行
一个程序通常分为若干个具有一定独立性
的程序段，这些程序段是按逻辑步骤编排
的，只有当当前程序段执行完成后，才将
控制权转交到下一个程序段并执行下一个
程序段 。
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第 61页
单道程序处理及特性
? 一次只处理一个程序。 该程序独享系统资源。
? 单个程序的特性：
– 1、顺序性 操作按程序规定的顺序执行。
– 2、封闭性 程序在执行过程中独享系统
资源，不受外界因素的干扰和影响。
– 3、可再现性 只要初始条件相同，无论以
何种方式、速度、重复执行多少次，结果
是相同的。
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第 62页
多道程序处理及特性
? 同时将多个程序装入内存，并同时处理它们，整
个系统资源为多个程序共享。
? 由于多道程序具有 并发 的特点，在任一时刻，系
统内部（内存）同时运行着多个程序；受系统资
源的制约，每个程序处理过程的行为是不确定的
（系统内部状态因此而不同）。
? 例如，第 Ii 个程序的 Ci,这次是在时刻 Ti 开始的，
那么，下一次运行同样的程序组时，第 Ii个程序的
Ci 就不一定是在 Ti 时刻开始。
? 集体活动，过程和结果不受个体完全控制
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第 63页
程序并发执行举例
? 设有三个程序，它们的执行步骤和顺序相同，
都是 Ii（输入）,Ci（计算）,Pi（输出）。
? 当第 1个程序的输入操作 I1执行完、执行 C1
时，输入机空闲，这时候可以执行第 2个程
序的输入操作 I2；在时间上，操作 C1和 I2时
重叠的。
? 当 C1执行完、执行 P1时，处理机空闲，若
这时 I2已完成，就可以执行 C2，与此同时，
输入机又空闲，可以执行第 3个程序的 I3。
这样一来，在时间上,P1,C2和 I3是重叠
操作的。
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第 64页
程序并发执行举例示意图
程序 1,I1 C1 P1
程序 2,I2 C2 P2
程序 3,I3 C3 P3
从示意图中可以看出,C1和 I2,P1,C2和 I3,P2和
C3在时间上都是重叠操作的。
Tt1 t3t2
输入 计算 输出
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第 65页
单道和多道程序处理的区别
? 在单道程序处理环境下，各逻辑步骤之
间的关系是确定的、不受外界影响而改
变的。
? 在 多道程序 处理环境下，并发处理机制
中必然存在着直接或间接的相互依赖和
相互制约的关系，从而使被处理的多道
程序 失去了 程序固有的特性,封闭性,
可再现性 。
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第 66页
程序并发处理特征
1,程序与计算结果不再一一对应
? 在并发执行时，一个共享程序可为多个用户作业调度，而使程序
处于多个执行中，从而形成了多个“计算”。因此，程序和计算
间一一对应的关系不复存在。
2,程序并发执行时的相互制约
? 例如,Ii,Ci和 Pi分别共享同一个输入机、处理机和打印机，因此，
一旦 C2占用处理机，在它未完成之前,C3就无法启动。由此可见，
程序并发执行时是相互制约的，将导致并发程序具有“执行 ——
暂停 —— 执行”这样的活动规律。
3,失去了程序的封闭性
? 若 A和 B为两个程序，共享数据段，由于程序 A和程序 B都是以各
自独立的速度运行，则因速度不同而结果不同。所以并发执行程
序失去了顺序程序的封闭性。
? 如何表示并发程序的特性？
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第 67页
2、进程及有关概念
（ 1）进程 （ Process） 就是程序的一次执行过程，
是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
?, 进程,这个概念是 1966年美国麻省理工学院的
J.H.Sallexer提出的。
? 进程管理 也被称为 处理机管理 。 处理机是计算机系统
中的重要资源，所以它管理的好坏在很大程度上直接
影响系统的效率。处理机管理又分两个部分,作业管
理 和 进程管理 。
? 进程管理是由程序管理进化而来，是和程序管理密不
可分的 。
作业 用户在一次计算过程中，或者一次事务处理过程中，要求计
算机系统所做工作的总称
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第 68页
进程的不同定义
? 由于并发活动的复杂性，不同学者研究和讨
论的 侧重点不同,对进程的定义也不尽相同。
几种不同的定义为：
? 1） 进程是可以和别的计算并发执行的计算；
? 2）进程是程序的一次执行，亦即进程是在给
定内存区域中的一组指令序列的执行过程；
? 3）所谓进程，就是一个程序在给定活动空间
和初始环境下，在一个处理机上的执行过程；
? 4）进程是程序在一个数据集合上运行的过程，
是系统资源分配和调度的一个独立单位。
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第 69页
（ 2）进程的特征
进程具有两个重要特征：
（ a）动态性,表现在它由,创建,而产生，由,调度,而执行，
因得不到资源而,暂停” 执行，最后由,撤消,而消亡。进
程有自己的生命周期。
（ b）并发性, 在系统中可以同时存在几个进程 。在单 CPU系统
中，任何时刻只有一个进程占用 CPU，其它进程处于等待状
态。进程有着走走停停的活动规律。引入进程的目的是为了
程序的并发执行,以提高资源的利用率。
进程与程序的区别：
a) 进程描述程序的动态行为，程序是指令和数据的静态集合。
b) 进程是程序的运行活动，当程序没运行时，有程序存在，而
无进程存在。
c) 一个程序可以有多个进程，一个进程也可以对应多个程序
（调用、顺序执行）
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第 70页
(3)进程的性质
a）动态性 描述程序在执行过程中的全部活动；
b）并发性 OS同时接受和处理多个进程；
c）异步性 不同进程在逻辑上相互独立，有各的
运行“轨迹”；
d）制约性 由于计算机资源是有限的，不同进程
共享 CPU和 I/O通道及设备，因此相
互制约。
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第 71页
（ 4）进程的状态
? 进程在其存在的过程中，它们的状态是不断发生变
化的。一般来说,进程有三种基本状态：就绪状态、
运行状态、等待状态 。
– 就绪状态 已经获得投入运行所必需的一切资源，
一旦分配到 CPU，就可以立即执行。这是一种逻
辑上可运行状态 （“万事具备，只欠东风”） 。
– 运行状态 进程获得了 CPU及其它一切所需资源，
正在 CPU上运行着。 （春风得意之时）
– 等待状态 由于资源得不到满足，进程运行受阻，
处于暂停状态，等待资源分配后，再投入运行。
（青黄不接，门庭冷落）
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第 72页
进程状态转换示意图
运行状态
等待状态
就绪状态
进程调度
资源得不到满足
等待资源
CPU时间用完
获得资源
进程调度
程序
来自作业
调度
交作业
管理
进程在整个生存周期中，由进程调动程序控制，在这
三种状态之间进行转换。
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第 73页
（ 4）线程（ Thread） 的概念
? 线程 是一个程序内部的顺序控制流 （独立
执行的流）。但线程并不是程序，它自己
并不能运行，必须在程序中才能运行。
? 多线程 是指在 单个程序内部可以在同一时
刻运行多个不同的线程、执行不同的任务 。
多线程的程序，指单个程序内部在同一时
刻也可以进行多种运行处理。
? 在现代操作系统中，线程是系统中能调度
的最小实体。
? 如网络蚂蚁,Cuteftp
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第 74页
关于线程的进一步解释
? 线程是进程中的一个实体,是系统独立调度
和分派的基本单位
? 线程自己不拥有系统资源,只拥有一点在进
行中必不可少的资源 (程序计数器、寄存器、
栈 )，但可以和其他线程共享进程的全部资
源。
– 线程是独立调度和分派的基本单位，
– 进程是拥有资源的基本单位
– 线程切换不会引起进程切换
– 进程的切换开销大于线程的切换开销。
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第 75页
3、进程管理
? 进程管理的核心是：
进程的 控制 和 调度 。
? 进程自投入运行时起，即交由进
程调度程序管理。
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第 76页
（ 1）进程控制
? 进程控制的职责 是对系统中全部进程实
行有效的管理；它应该 具有创建新进程、
撤消已结束进程的能力 。
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第 77页
（ 2）进程的组成
? 进程是程序在一个数据集合上的运行过程,它
由三部分组成：
程序
它主要用于描述进程所要完成的功能。
数据集合
它包括程序执行时所需要的数据和工作区。
进程控制块 （ PCB—— Process Control
Block)
它记录进程控制信息，是进程动态特性的反映。
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第 78页
（ 3）进程控制块 ——PCB
? 进程控制块 PCB是进程的唯一标识。 当创建一个新
进程时，系统就建立一个 PCB；它记录和描述该进
程的运行变化过程及参数变化。实际上，系统是通
过 PCB对进程进行实际控制和管理的。
PCB中包括：
进程标识符 进程唯一的代号
进程现行状态 记录进程当前状态
中断现场保护区 记录中断现场信息，以备恢复用
进程使用资源表 记录进程使用的资源信息
进程优先级 标明该进程要求 CPU的迫切程度
进程家族信息 记录该进程家族史信息。
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第 79页
（ 4）进程控制块 PCB的组织形式
通过进程控制块对进程进行管理
进程控制块 PCB是 定长记录 （类似与 DOS中的文件
目录表 FDT和 UNIX中的 i索引结点表），采用两种组
织方式。
线性表结构
PCB组织形式
链表结构
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第 80页
PCB线性表结构
PCB1
PCB2
PCB3
PCB4
?
?
?
PCBi
PCBi+1
PCBi+2
就绪表
等待表
?
???
???
?
?
?
就绪表
起始地址
等待表
起始地址
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第 81页
PCB链表结构
三个队列（三个线性表）
运行队列
就绪队列
等待队列
PCBr
队头
指针
PCBs PCBs+1 PCBs+2
PCBt PCBt+1 PCBt+2
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第 82页
4,进程调度的任务及功能
? （ 1）进程调度任务 （确定谁、何时使用 CPU）
? 按一定的算法，动态地将处理机分配
给就绪队列中的某个进程，使之执行。
? （ 2）进程调度功能
– 记录系统中所有进程的状态、优先数和
所用资源的情况。 （记录进程信息）
– 当 CPU空闲时，按一定的算法将 CPU分
配给某一进程、并确定 CPU时间片的长
度。 （确定运行进程）
– 动态地调度进程、修改进程的状态、以
及修改相应的排队队列。 （修改进程状态）
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第 83页
（ 3）进程调度方式
剥夺方式 当“重要“或”系统“的进程
出现时，便暂停正在执行的进程，立即
将 CPU分配给“重要”或”系统“的进
程。
非剥夺方式 让正在执行的进程继续执行，
直到该进程完成或发生其它事件，而改
变为其它状态后，才移交 CPU控制权。
抢占
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第 84页
（ 4）进程调度算法
? 进程调度算法的考虑因素有：
1、尽量提高资源利用率，较少 CPU空闲时间；
2、对一般作业采用较合理的平均响应时间；
3、应避免有的作业长期得不到响应的情况。
? 常用的算法：优先数法、时间片轮流法、分级调度法
? 优先数法 是把 CPU分配给具有最高优先数的进程；首
要问题是如何确定进程的优先数？ （简记为：优先数法）
? 确定进程的优先数,概括起来不外乎是基于,静态特
性,和” 动态特性,两种方法。
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第 85页
静态与动态优先数法
静态 优先数 法
进程优先数是在系统创建进程时确定的，一
经确定，在进程运行期间就不再改变。
动态 优先数 法
进程优先数在进程运行中，随进程特性的
变化不断修改进程的优先数，实现更精确
的调度。
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第 86页
确定静态特性的三个标准
? 根据进程的类型确定
? 系统进程优于用户进程
? I/O忙的进程优于 CPU忙的进程
? 在分时系统中，前台进程优于后台进程
? 根据作业需要的资源确定
? 短作业优先的原则
? 资源占用越大、优先数越低的原则
? 根据作业到达的时间确定
? 先到先服务方法（ FCFS）
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第 87页
改变动态优先数的规则
? 线性方式规则 就绪队列进程的优先数以 a的速度
增加，正在执行的进程优先数以 b的速率改变，通
过选择 a,b值形成各种算法。
? 非线性方式规则（一） 在进程进入系统后的前
一阶段，其优先数不变，或随时间线性减少。当
该进程的等待时间达到某一给定的最大值时，其
优先数又突然跃变到某一最高值，从而使该进程
能很快地投入运行。
? 非线性方式规则（二） 与短作业优先的算法结
合起来，既可使短作业优先运行，又可以保证长
作业在等待了一个最大的给定时间后，也能得到
运行的机会。
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第 88页
DOS的进程管理
DOS是单用户、单任务 OS，
因此进程管理任务非常简单；进
程独享系统资源，不需要复杂的
调度管理和调度算法。
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第 89页
UNIX的进程管理
UNIX是多用户、多任务的 OS。为了更好的
实现管理，它将进程的状态细分为六种。
运行状态 1
暂停状态
运行状态 2
终止状态
睡眠状态
高优先 低优先
等待
状态唤醒就绪
状态
选中
落选
撤消
挂起
置运行
跟踪
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第 90页
WINDOWS’98 的进程管理
? 单用户、抢占式、多任务、多进程、多线程
? Win98 OS中使用了进程和线程相结合的设计技术。
每个进程至少包括一个线程，在执行时给每个线程
分配时间片。
? Win98是 多任务 OS，采用 抢占式 的多任务调度算法
来实现多任务操作。任务调度程序将处理机分配给
等待队列中优先级最高的线程。
? 在 Win98有两种调度程序,主调度程序 和 时间片调
度程序 ；前者选择最高优先级的线程运行（优先级
为 0~31）；后者依据线程的处理顺序及虚拟机的当
前状态，分配一个时间片给被选线程，并执行。
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第 91页
5.用户接口
? 概念,负责操作系统和用户之间进行双向通信的部分
被称为用户接口（ User Interface），也称用户界面。
? 类型, 用户通过 OS使用计算机是通过两种类型用户
接口：编程接口（程序级）和命令接口（作业控制
级）。
? 用户接口 实际上是通过菜单、屏幕设计、键盘命令、
鼠标操作、命令语言和帮助系统等实现的。
? 用户接口应具有如下特性,
– 信息在屏幕上的位置一致
– 命令的语法一致
– 不同的应用程序中类似操作的执行过程相似
– 命令名字、缩略语的设计一致
– 错误信息、纠错指示的语法表示形式一致
– 表格、屏幕显示中标题和域的设计一致
– 不同功能的会话风格一致
– 术语与用户现有的行业用语一致
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第 92页
UNIX用户接口
? UNIX传统用户界面是基于文本的命令行界
面，即 shell。 Shell即可方便的编程操作，
又可以联机作为交互命令使用。
? UNIX 还 为用户 提供图形界面,主要是 X
Windows系统，它被开发成为 UNIX平台的
标准 GUI。 X不实现用户接口，它只实现一
个窗口系统，
? 一般情况下，向用户显示一个统一的接口、
图形和基于字符的接口形式不应在同一个系
统中混用。
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第 93页
DOS用户接口
? DOS操作系统基本上都是字符界面
接口。采用菜单、窗口等图形仿真
实现图形界面，不支持鼠标操作。
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第 94页
Windows用户接口
? 现行的 Windows界面是基于 GUI的用户接
口，已经成为一种开放化系统的用户接口。
Windows的图形输出是由图形设备接口
GUI来完成的。
? GUI是系统原始的图形输出库，它用于在屏
幕上输出像素、在打印机上输出硬拷贝以及
绘制 Windows用户界面。
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第 95页
程序员接口
? 程序员与计算机进行交互对话的接口 称为程序员接
口 API（ Application Program Interface）。
? API实质是一个程序内的一套函数调用，是程序员
可用的编程接口，用于创建其他程序。 API为程序
员或计算机用户提供了使用计算机时低层次、高效
率的服务接口 。
? API旨在管理运行程序，在程序与系统资源及系统
服务之间实现交互作用。这种作用通常采用若干系
统调用组成，用户可以在程序中直接或间接地使用
这些调用。采用低级语言（汇编语言）编程可以直
接使用这些调用，采用高级语言编程则采用程序调
用方式，通过解释或者编译程序将其翻译成有关的
系统调用，完成各种功能和服务。这一类接口被称
为编程接口。
? Dos中断,UNIXshell,WindowsAPI
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第 96页
作业
1、思考第 4章的 1~3,12~14。
2、作业第 4章的 6~8。
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第 97页
提交作业操作步骤
? 选择要提交的作业
? 在“资源管理器”下执行,//编辑 //复制,
? 在,网上邻居,下 选择指定路径
? 执行 ‘ //编辑 //粘贴 ’
? 作业路径：
JEC251\USER\DATAROOM\HOMEWORK\班级编号
? 中心网上教室地址：
http,//ctec.xjtu.edu.cn
? 课件下载地址,
ftp,//ctec.xjtu.edu.cn
? 我的 E-mail地址,
zhaoxjtu@263.net
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第 98页
结束语
? 操作系统是计算机系统的核心；
学习计算机首先从学习操作系统
开始。
谢谢，再见！
计算机软件基础
The software basic
of computer
主讲：赵英良
西安交通大学
计算机教学实验中心
第 8单元
操作系统基础
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第 2 页
第一部分：操作系统基本概念
计算机系统 = 计算机硬件 + 计算机软件
计算机硬件 是构成计算机系统的物理部
件和设备的总称。硬件的核
心是主机；主机的核心是 CPU。
计算机软件 是构成计算机系统的逻辑部
件及文档资料的总称。软件的
核心是系统软件； 系统软件的核
心是操作系统。
操作系统是系统软件的核心
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第 3 页
1,操作系统的概念
Operating System
（ 1）定义,操作系统是控制和管理计算机硬件和软件
资源、合理组织计算机工作流程、方便用户使用计
算机并提高计算机响应速度而设计的一套程序的集
合。
资源角度,是计算机资源管理系统，负责计算机系统的
全部资源的分配、控制、调度和回收
用户角度, 操作系统是计算机与用户之间的接口
进程角度,是动态、合理地组织计算机工作流程的软件。
评价（地位和作用）：
操作系统是直接与硬件相邻的第一层软件，是其他软件
运行的基础，是系统软件中最基本、最核心的部分。
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第 4 页
（ 2）操作系统的两大基本职能
? 面向计算机：
– 管理和操控全部计算机资源 (CPU、设备、
存储器、文件 )；
– 提高系统效率。
? 面向用户：
提供人机界面；提供便捷的操作环境。
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第 5 页
（ 3）操作系统的五大功能
操作系统功能 文件管理
进程管理
存储器管理
作业管理 设备管理
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第 6 页
2、操作系统的发展
? OS是伴随计算机技术的发展而发展的。其发展大致经
历了四个阶段。
（ 1）、早期阶段，从 20世纪 40年代末到 50年代中
期 —— 无操作系统
几乎无外部设备,软件只用机器语言, 无操作系统 。 手工操作, 系统
资源利用率低
（ 2）、第 2阶段,50年代中期 —— 第 1代操作系统
把, 零散的单一程序处理, 变为, 集中的成批程序处理, 的处理方式 。
,批处理, 操作系统 （ 监管程序 ） 由此而产生,（ 医院透视 ） 程序员和操作
员分工,
（ 3）、第 3阶段 —— 第 2代操作系统
通道技术, 缓冲技术, 多道处理技术, 中断技术等 。 由此产生了第二代操作系
统 。 CPU利用率低的矛盾更加激化 。
现有处理技术和手段已不适应应用的实时处理需求
（ 4）、第 4阶段 —— 第 3代操作系统
多用户操作系统、网络操作系统、多媒体技术、“客户机 /服务器”模
式
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第 7 页
几种相关技术
? 多道处理 一个 CPU同时处理多个程序；同时将多
个程序装入内存, 并同时运行的机制；大大提高
了 CPU的利用率；
? 通道技术 将 I/O处理从 CPU的控制下独立出来的一
套处理机制, 也称为, I/O处理机, ； CPU不再直
接控制 I/O设备, 而是通过通道去控制, 从而实现
了 CPU和 I/O设备之间的并行工作, 缓解了 CPU和
I/O速度不匹配的矛盾；
? 中断技术 在程序运行中, 出现了某种紧急事件,
必须暂时中止现行程序, 转去处理此事件, 然后
再恢复中断程序的运行技术 。
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第 8 页
3、操作系统的分类 P116
1、按处理器特点分：
? 分时 OS 采用分配时间片的方法，一个 CPU可为多个用户服务。
? 实时 OS 在较短时间内即响应用户要求并完成处理的 O S。
2、按适用面分,
? 专用 OS 为特定应用目的或特定机器环境而配备的 OS。
? 通用 OS 为通用计算机系统配备的 OS。
3、按用户数量分：
? 单用户 OS 只能服务于单个用户的 OS；如 MS-DOS。
? 多用户 OS 能为多个用户服务的 OS；如 UNIX,WINDOWSＮＴ。
4、按任务处理方式分：
? 交互式 OS 能为用户提供交互式操作支持的 OS。
? 批处理式 OS 以批处理方式处理用户作业的 OS。
5、按硬件环境和控制方式分：
? 集中式 OS 指驻留在一台计算机上或管理一台计算机的 OS。
? 分布式 OS 用于管理分布式计算机的 OS。
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第 9 页
4.常用、主流 OS简介
?MS-DOS
?UNIX
?WINDOWS
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第 10页
MS-DOS
MS-DOS 16位机、基于字符（命令行）方式的 OS
交互式、字符界面、批处理、单用户、集中式
? MS-DOS操作系统的特点,
1) 系统简单,层次性强
2) I/O重定位，如 dir>a.txt
3) 管道操作 ;把一个命令或程序的输出送到另一个命
令或程序中去并依次形成一个连续的处理过程,
4) 树形文件目录系统, dir|more
? 最早的版本 DOS1,0，在 1981年 8月发布；它由 4000行汇编代
码组成，运行于 8K内存中，使用 Intel8086微处理器。
? 以后，随着 Intel不断推出功能越来越强大的 CPU以及 PC
? 领域各种新技术的发展,Microsoft不断推出新的 DOS版本，
直到 7.0。但 DOS并不能充分发挥一些新的 CPU的强大功能。
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第 11 页
UNIX
UNIX,交互式的分时操作系统, 中, 小型机的工业
标准化的 OS。
? 1969年 美国 AT&T公司的 BELL实验室在 PDP-7小
型机上开发出 UNIX（ 汇编语言版本 ） ；
? 1973年推出 UNIX第 5版 （ C语言版本 ） ；因此, 而
获美国计算机界最高奖 — ACM 图灵奖；
? 1992年据美国 Infocorp公司调查,装 UNIX的机器占
全世界计算机市场的 36%;
? 在美国,90%的大学使用 UNIX,这些大学的计算机系
均开设 UNIX操作系统的课程 ;
? UNIX已成为通用的, 交互式的, 多用户, 多任务
应用领域中小型机的主流操作系统之一 。
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第 12页
UNIX操作系统特点
⑴ 多用户、多任务、交互式、分时
⑵功能强、但规模小（整个系统一万行代码）
⑶灵活性（系统的 90%用 C编写，便于维护、具有可
扩充性、可移植性）
⑷所有文件是没有内部结构的字符行序列，外部设备、
目录和普通文件同样处理、对待。 （普通文件、
目录文件、特殊文件）
⑸树状文件结构
⑹模块性好，适应性强
⑺为用户提供了功能完备、使用方便的命令程序语言
Shell，且系统具有完备的网络功能。
⑻可移植性好
⑼系统安全（满足 C2级安全标准，自主访问控制、对
象重用、辨别与验证、审计）
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第 13页
WINDOWS
WINDOWS 32位以上高档微机的, 单用户,
多任务, 基于图形界面的主流 OS
? 1983年 11月, MICROSOFT公司推出
WINDOWS1.0操作环境；
? 1992年, 几经改版, 推出 WINDOWS
3.1(还不是一个独立的 OS);
? 1993年推出 WINDOWS NT,网络版操作系
统 ;
? 1995年推出 WINDOWS’95。
? 1998年推出 WINDOWS’98。
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第 14页
WINDOWS的特点
1,一致性的用户界面 （ 图形界面, 窗口, 菜单, 控件
操作方式 ）
2,多任务操作
3,功能强大的, 先进的内存管理
4,支持动态数据交换 （ DDE） 和动态连接库 （ DLL）
5,设备无关性 。 对外部设备的管理都是通过设备驱动
程序来实现的 。 更换设备只需安装相应的设备驱动
程序即可 。 支持鼠标操作 。
6,支持网络功能和多媒体技术 （ 内置 TCP/IP协议,
Windows网络登录等功能, 使各种资源可在网上共
享 ） 。
7,支持 GBK大字符集 （ 2万多汉字字符 ） 及多种字库 。
8,系统庞大, 开销大, 启动, 关机慢 。
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第 15页
三种操作系统的比较
操作系统 多生产 硬件要求 多用户 多任务 市场 用户 编程界面 网络 安全性
厂商 支持 支持 界面 功能
MS-DOS MS PC机及 否 否 PC机 字符 静态 差 一般
IBM 兼容机 界面 类库
Windows MS PC机及 否 是 PC机 字符界 静态类库
兼容机 面及图 多种 API 强 较强
形界面 VXD编
程接口
UNIX IMB 各种机器 是 是 小型机 字符界 静态类库
HP 工作站 面及图 多种 API 很强 很强
Sun等 服务器 形界面
共同点：
程序执行、资源分配,I/O操作、文件系统管理、
出错检测、中断处理、统计、保护等。
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第 16页
第二部分：文件系统管理
教学内容：
? 理解文件、文件系统的概念
? 了解文件系统的组织结构和管理
机制
? 了解 DOS,UNIX,WINDOWS
下的文件管理方法
? 了解文件的保护机制
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第 17页
一、文件的概念及分类
1.文件 FILE
存于计算机中且具有唯一名字的一
组相关信息的集合。
计算机中的所有信息、包括各种不
同类型的程序都是以文件的形式存放的。
对计算机的操作，实际上是对文件
的操作。
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第 18页
2.文件系统
文件系统 FILE SYSTEM
以某种方式在外存中组织的文件集合，以及
实现对文件集合进行管理的操作机制。简单
地说,文件系统是专用于组织、管理、操作
文件的应用系统 。
文件系统可实现对文件的,按名操作,。
? 文件 +操作
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第 19页
3.文件管理
文件管理
即实现对文件的各种操作，包括：文
件的建立、修改、打开、关闭、复制、
删除等等。
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第 20页
4.文件名
文件名
是文件在计算机中唯一的标识符。它的组成形式
为（ MS-DOS 32字节目录登记项 ）：
主文件名, 扩展名
分割符
文件名 由 1到 8个字符组成
扩展名 通常是由 3个字符组成
WINDOWS支持长文件名，最长可达 255个字符、
且可以包括空格。
? UNIX中文件名是一个不大于 14个字符的字符串 。 并
且区分英文字母的大小写 。 没有文件名和文件扩展
名之分 。
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第 21页
合法的 DOS文件名,
FORMAT.COM, 报告 1.DOC,汇报提纲
非法的 DOS文件名：
1FILE.TXT, MY FILE, DOC, %文件 1
合法的 WINDOWS文件名,
My Documents, Program Files,考察报告、
计算机文化基础教学大纲
举例
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第 22页
文件通配符
? 为便于文件的操作而设置的文件名代理机
制；用于表示某种类型的文件。
,*” 表示从该位置起可以是任意字符。
,?, 表示在该位置处可以是任意字符；
显然“？”表示的匹配范围比,*”
小。
例：
Dir soft.*
Dir s.*
Dir s*.*
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第 23页
5.文件分类
? 根据文件的 不同用途或文件中信息的特征, 有不同
的类型。
1）按文件的信息性质分
文本文件 由 ASCII字符组成的文件；其中的信息
可以用文字编辑程序直接处理。
可执行文件 计算机能直接识别的文件；可以执行，
但不能编辑。
2）按对文件的存取方式分
顺序文件 只能对其中的内容按存放顺序访问的文件。
随机文件 对其中指定的内容可以随机访问的文件。
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第 24页
文件分类（续）
3）按文件的保存时间分
临时文件 在数据处理过程中存放临时结果的文件。
永久文件 在数据处理过程结束后仍存在的文件。
4）按文件的组织结构分
连续文件 文件信息在存储介质上占据连续物理地
址空间。
链表文件 文件信息在存储介质上不占据连续的物
理存储空间，通过指针建立元素间的联
系。
5）按文件的地位分
系统文件 通常指随计算机系统提供的文件。
应用文件 用户为实现某种应用而建立的文件。
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第 25页
二、文件系统及其功能
? 在计算机中，用户对文件的操作都是通过
文件系统实现的。操作时，用户指定要处
理的文件名，文件系统“按名”找到指定
的文件，并实施相应的操作。这些操作都
是文件系统自动完成的。因此，文件系统
是操作系统的是必不可少的重要组成部分。
? 1.文件系统是：
? 对文件进行建立、删除、查找、修改等管
理操作的功能全体。
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第 26页
2.文件系统的特点
1),按名操作
在文件系统中，文件是以它的符号名唯一标识的。用户对
文件的操作，只需正确地指出文件的,路径和文件名”即
可，文件系统将自动实现符号名与物理地址的转换和操作。
2)、安全可靠
不同操作系统的文件管理程序对文件提供有不同的安全保
护机制；象 MS-DOS,WINDOWS（单用户 OS），对文件
的保护措施相对较弱；而象 UNIX,WINDOWS NT（多用
户 OS），则保护功能强。 保护措施是通过“访问权限”来
实现 的。
3)、信息共享
信息共享一直是计算机业界追求的目标。在多用户和网络
环境下，文件系统提供的文件并发控制功能，使 多个不同
用户可以同时访问一个文件，或使异地、甚至远程用户共
享同一个文件。
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第 27页
3.文件系统需要解决的问题
1)、有效地分配、管理存储空间；
2)、提供合适的文件存取方式；多样性、
灵活性；
3)、操作机制,对 I/O设备的独立性；
4)、安全可靠
5)、信息共享
6)、实现各种有效的操作。
? 文件系统的功能,实现存储器的空间组
织和分配，文件信息的存储并对存入的
进行保护和检索，方便用户“按名存取”
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第 28页
三、文件系统的组织
1、基本概念
文件卷 （ Volume）用于存放文件的存储介质
的统称。一个逻辑盘就是一个文件卷。
块 （ Block） 文件系统中，用来存储、传输文件
信息的单位。定长（例如 512（扇区）或 1024
（簇）个字节）。
块长度 不同文件系统，块长度不一样，通常
取 2n ； MS-DOS中，用“簇”（ 2n 个扇区）
作为块长度单位,UNIX中，用“页”作为
长度单位。
卷、目录、文件、块
n
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第 29页
基本概念 (续）
文件构成,为便于管理，一个文件由两个部分组成：
特征信息和文件体：
? 特征信息：用于管理和操作控制；
? 文件体：是文件的实际内容信息。
目 录：文件特征信息的列表
为便于查找和管理磁盘上的大量文件，采用类似于图书中目
录的编目机制对磁盘上的文件进行编目管理。这种管理机制
就是文件的目录系统。
文件的目录项：目录中的每一项
? 目录是文件系统的管理机制。每个文件在目录中有一个表项，
称其为目录项。每当增加或减少一个文件时，目录中的目录
项也作相应的增、减。
? 为了便于管理，不同文件系统的目录项的内容是不同的。
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第 30页
-L 100 0 13 1
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第 31页
MS-DOS目录项内容
字节地址 字节数 内容说明
0~7H 8 文件主名
8~AH 3 文件扩展名
BH 1 文件属性
C~15H 10 DOS保留区，未用
16~17H 2 文件建立、修改时间
18~19H 2 文件建立、修改日期
1A~1BH 2 文件首簇号、首地址
1C~1FH 4 文件长度
一个目录项由 32个字节组成。
字节 00:
00未用的
目录项
E5已删除
的目录项
2E子目录
项
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第 32页
DOS文件的属性
文件,属性,是控制文件操控权限的一种
机制。它只占一个字节，其代码组成为：
系统、只读、隐含文件的属性代码是,27H”，二
进制代码为：,0 0 1 0 0 1 1 1,。
7 6 5 4 3 2 1 0
前两位
未用
文
档
子
目
录
卷
标
系
统
隐
含
只
读
2 7
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第 33页
UNIX索引项内容
目录项标识 目录项含义
文件属性
文件属主
文件属组
文件大小
文件联接数
文件数据区索引
最近访问时间
文件访问时间
文件创建时间
i-mode
i-uid
i-gid
i-size
i-nlike
i-addr[40]
i-atime
i-mtime
i-ctime
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第 34页
2、文件系统的存储结构
? 文件因数量巨大，决定了只能存于外存空
间。因此，文件的组织结构是与外部存储
设备密切相关的。
? 一个逻辑磁盘就是一个文件卷。一个文件
卷就可以组成一个文件目录的树型结构。
? 虽然 MS-DOS和 UNIX的文件系统都采用树
型的目录结构，但是，就文件系统的存储
结构而言是截然不同的。
? (1)外存 （ 2）树型目录结构
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第 35页
DOS文件系统的存储结构
? 在 DOS下，文件主要存放在磁盘上，而磁盘在
使用之前要先进行格式化处理。 DOS的格式化
处理包括, 物理格式化,和, 逻辑格式化,。
? 物理格式化 是建立计算机能够识别的标准格式；
划分为磁道和扇区。（低级格式化）
? 逻辑格式化也称高级格式化,是在物理格式化
的基础上，建立文件系统可以识别的逻辑格式。
（ format）
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第 36页
磁盘的物理结构
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第 37页
逻辑格式化建立的存储结构
引导区 存放启动计算机的引导记录和有关磁盘存储介
质的描述信息。计算机启动时自动跳转到此处执行引
导程序。 （计算机引导型病毒修改引导扇区）
FAT 文件分配表,DOS文件系统组织结构中重要
的组成部分。用于存放文件链表的地址信息（簇号）。
一个文件若有 N个链块（簇），则占 N个表项。 （为防
止损坏，有两个，相同）
FDT 文件目录表，用于存放文件的目录项信息。一
个文件占一个表项。（ DOS为 32字节）（ ROOT）
引导区 FAT1 FAT2 FDT 第 1簇 第 2簇 …..,DATA 区
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第 38页
-L 100 0 1 1
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第 39页
文件名与存储地址转换示意图
FILE
FILE
FDT FAT D A T A 区
文件名
fi_2
fi_3
fi_4
首地址
f i _ 1
第 1块 第 2块
第 3块 第 4块
FILE ^fi_1 fi_2 fi_3 fi_4
??????
??????
??????
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第 40页
UNIX文件系统的存储结构
? UNIX文件系统的存储结构与 DOS
的很类似，应该说 DOS的系统设计
借鉴了 UNIX系统的设计思想。
? 在 UNIX下，文件、目录和 I/O设备
都作为文件对待，从而简化了系统
设计，也方便了用户的使用。
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第 41页
UNIX文件系统的存储结构
UNIX系统将文件（广义的）都看作是由逻辑块的有序
序列，每块定长（ 512或 1024字节），块号从 0开始顺
序编号，从而将一个逻辑盘划分为如下所示的逻辑结
构：
块号,0 1 2 ~ n n+1 ~ r
引导块 超级块 i结点块区 数据块区 ……
?引导块 存放用于 启动 UNIX的引导程序 。每个文件系
统有一个引导块。
?超级块 存放 文件系统状态信息的参数表 。包括,文
件系统占用磁盘空间的大小、文件目录项的 长度、自由
数据块号链表和 自由 i 结点块号链表。
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第 42页
UNIX文件系统的存储结构（续）
? i结点块区 也称索引结点区，用来存放文
件系统的索引结点表。一个文件占据一个
索引结点。第 1个结点为文件系统的根结点。
文件系统从根结点开始。一个文件系统可
以挂在另一个文件系统的非叶结点上。
? 数据块区 存放文件信息或用于文件管理
的其他信息，（例如：文件块的一、二、
三级间接寻址信息）。
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第 43页
UNIX文件名与存储地址转换示意图
PROG PROG
?
?
?
目录表 索引结点表
PROG
索引结
点
? ? ?
i_mode
i_addr[0]
i_addr[1]
?
?
?
i_addr[12]
PROG
第 1块
PROG
第 2块
PROG
最后 1块
?
?
文件
物理块
PROG
文件体块
文件
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第 44页
UNIX文件系统四级寻址方式
? UNIX目录项中,char i_addr[40]是
字符数组，共 40个字节，实际使用
39个。每 3个字节表示一个索引结点
地址，共可以表示 13个地址
（ addr[0]~addr[12])。若每个地址
对应一个数据块，则文件最大只能是
13块。为此，将 UNIX的寻址方式设
计为四级寻址方式。
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第 45页
四级寻址机制
直接地址 前 10个地址直接对应 10个数据块；这是出于大
多数文件是 5K以下小文件的考虑。
512Byte*10=5kByte
一级间接寻址 用 addr[10]作为一次间接寻址；它对应的块用于存
放一次间接地址，共 128个（每块 512个字节,4个字节一个地址）。
二级间接寻址 同理，用 addr[11]作为二次间接寻址，共 1282 个
地址，可对应 1282 个存储块。
三级间接寻址 用 addr[12]作为三次间接寻址，共 1283 个。
最大文件长度 =0.5KB*(10+128+1282 + 1283 ) <= 2GB
2 3
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第 46页
四级间接寻址示意图
文件
FILE FILE
目录表 索引结点表 间接索引寻址 数据块
直接地址 0
直接地址 1
???
块 0
块 1
???
直接地址 9 块 9
二次间接地址 ???
???
块 m
一次间接地址
??? ???
???
块 p
三次间接地址
??? ??? ???
???
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第 47页
四、文件系统的保护与使用
文件保护有两重含义：
? 防止文件被非法读取 （权限）
? 防止文件被有意或无意的破坏。 （属性）
在文件系统中，通常采用,访问权限,这种
保护机制来实现对文件的保护。
在 MS-DOS,WINDOWS单用户 OS中，文
件保护的意义不大。因此，保护措施和机制
相对简单。对于 UNIX,WINDOWS NT一类
的多用户 OS，文件的保护机制就复杂和有
效的多。
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第 48页
1,DOS的文件保护机制
? DOS通过外部命令 UNDELETE设置了三级文件保
护机制；分别为“警卫、追踪和一般保护”。
?, 一般保护,措施可以有条件的恢复被删除的文件；
即删除文件后，还没有做过改变磁盘存储分配的操
作这样一种情况下，被删除的文件可以恢复。否则，
就不能恢复。
?,警卫保护”和“追踪保护” 是在内存和磁盘中
开辟出专用空间，存留被删除的文件，两者不同之
处在于开辟的空间大小不同而已。它们都是以系统
资源为代价，换取保护文件的。
? 系统、隐藏、只读
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第 49页
2,UNIX的文件保护机制
UNIX是多用户系统，文件保护就具
有了实质性的意义，因而也复杂。
UNIX用文件的存取权限限定对文件
操作，为此，设定了,两种用户,、
,三个等级,、,三种存取权限,。
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第 50页
1）两种用户
特权用户
可以随意存取任何用户的文件、包括
修改和删除；（ root）
普通用户
只能对自己的文件进行操作；而对其
它目录下的文件只能进行授权的操作。
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第 51页
2）三个等级
文件所有者
文件的创建者（主人），对自己的文件有处理全权；
同组人
与文件所有着是同组关系（例如，同课题组、同教
研室），对同组文件可进行文件主人授权的操作。
其他人
与文件所有者无关的人。只能进行文件主人授权的
操作；若没有被授权，则无法对文件进行任何操作。
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第 52页
3）、三种存取权限
阅读权（ r ） 只能读、显示文件名及目录；
写入权（ w ） 除具有读权限外，还可以建
立文件和目录，显示、修改
文件；
执行权（ x ） 最高权限；除具有读、写权
外还可以执行文件、删除文
件、搜索目录。
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第 53页
权限组合
三个等级、三种存取权限可以组成 9种不同
的存取权限代码，其格式为：
1位 3位 3位 3位
类型 所有人 同组人 其他人
f r w x r w x r w x
其中,f是类型标志位：
- 表示是普通文件
b 表示是块设备文件
c 表示是字符设备文件
d 表示是子目录
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第 54页
举例
-rwxr--r-- 1 bin bin 2208 May 28 1991 /etc/rc
链
接
数
权
限
所
有
名
组
名
文
件
长
度
日
期
文
件
名
权限：普通文件、主人具有“读、写、执行”权、
同组人、其他人具有“读” 权。
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第 55页
UNIX中设置文件权限的命令：
列文件目录,ls –al
修改所有者,chown
修改权限,chmod mode files
Mode 是 4位 8进制数，
chmod 0044 index.html 组用户和其他用户只有读权限
0400,0200,0100拥有者有读、写、执行权 0040,0020,0010同组有读、写、执行
权
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第 56页
五,Windows98的文件管理
? Windows 98的文件管理具有下列特点：
– 执行速度快、易使用；
– 支持长、短文件名
– 采用分层块状设备的结构
– 采用保护模式，原 FAT文件系统改为 VFAT
– 提高 FAT32文件系统结构，支持大容量的磁盘
– 提供可安装文件系统结构，可以同时支持多个网
络系统
– 文件系统由保护模式 32位代码组成，稳定性高。
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第 57页
Windows98文件系统类型
? FAT Windows98文件系统仍支持 MS-
DOS的 FAT
? FAT32 为了支持更高容量的磁盘，
windows98采用了 FAT32文件系统，但仍保
持与 FAT文件格式的兼容。其主要特点：支
持 2048GB（ 2TB）分区的磁盘；采用 4KB的
数据分配单元，可使磁盘容量使用率提高
10%。
? NTFS Windows采用 NTFS文件系统，与
FAT不兼容。
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第 58页
第三部分：进程管理
教学内容：
? 进程,程序的关系和区别
? 进程 的类型、性质和状态
? 进程调度的策略和常用算法
静、动态优先数法、轮转法
? 进程的控制与管理 —— 进程控制块 PCB
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第 59页
一、基本概念
包括：
? 程序
– 单道程序、多道程序、顺序程序、并发
程序
– 顺序程序与并发程序的特征
? 进程
– 进程的特征、性质、状态及转换、线程
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第 60页
1、程序的有关概念
程序 （ Program）
是为解决某个问题用计算机语言或命令设
计,编写的一系列指令的有序集合。
程序的顺序执行
一个程序通常分为若干个具有一定独立性
的程序段，这些程序段是按逻辑步骤编排
的，只有当当前程序段执行完成后，才将
控制权转交到下一个程序段并执行下一个
程序段 。
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第 61页
单道程序处理及特性
? 一次只处理一个程序。 该程序独享系统资源。
? 单个程序的特性：
– 1、顺序性 操作按程序规定的顺序执行。
– 2、封闭性 程序在执行过程中独享系统
资源，不受外界因素的干扰和影响。
– 3、可再现性 只要初始条件相同，无论以
何种方式、速度、重复执行多少次，结果
是相同的。
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第 62页
多道程序处理及特性
? 同时将多个程序装入内存，并同时处理它们，整
个系统资源为多个程序共享。
? 由于多道程序具有 并发 的特点，在任一时刻，系
统内部（内存）同时运行着多个程序；受系统资
源的制约，每个程序处理过程的行为是不确定的
（系统内部状态因此而不同）。
? 例如，第 Ii 个程序的 Ci,这次是在时刻 Ti 开始的，
那么，下一次运行同样的程序组时，第 Ii个程序的
Ci 就不一定是在 Ti 时刻开始。
? 集体活动，过程和结果不受个体完全控制
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第 63页
程序并发执行举例
? 设有三个程序，它们的执行步骤和顺序相同，
都是 Ii（输入）,Ci（计算）,Pi（输出）。
? 当第 1个程序的输入操作 I1执行完、执行 C1
时，输入机空闲，这时候可以执行第 2个程
序的输入操作 I2；在时间上，操作 C1和 I2时
重叠的。
? 当 C1执行完、执行 P1时，处理机空闲，若
这时 I2已完成，就可以执行 C2，与此同时，
输入机又空闲，可以执行第 3个程序的 I3。
这样一来，在时间上,P1,C2和 I3是重叠
操作的。
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第 64页
程序并发执行举例示意图
程序 1,I1 C1 P1
程序 2,I2 C2 P2
程序 3,I3 C3 P3
从示意图中可以看出,C1和 I2,P1,C2和 I3,P2和
C3在时间上都是重叠操作的。
Tt1 t3t2
输入 计算 输出
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第 65页
单道和多道程序处理的区别
? 在单道程序处理环境下，各逻辑步骤之
间的关系是确定的、不受外界影响而改
变的。
? 在 多道程序 处理环境下，并发处理机制
中必然存在着直接或间接的相互依赖和
相互制约的关系，从而使被处理的多道
程序 失去了 程序固有的特性,封闭性,
可再现性 。
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第 66页
程序并发处理特征
1,程序与计算结果不再一一对应
? 在并发执行时，一个共享程序可为多个用户作业调度，而使程序
处于多个执行中，从而形成了多个“计算”。因此，程序和计算
间一一对应的关系不复存在。
2,程序并发执行时的相互制约
? 例如,Ii,Ci和 Pi分别共享同一个输入机、处理机和打印机，因此，
一旦 C2占用处理机，在它未完成之前,C3就无法启动。由此可见，
程序并发执行时是相互制约的，将导致并发程序具有“执行 ——
暂停 —— 执行”这样的活动规律。
3,失去了程序的封闭性
? 若 A和 B为两个程序，共享数据段，由于程序 A和程序 B都是以各
自独立的速度运行，则因速度不同而结果不同。所以并发执行程
序失去了顺序程序的封闭性。
? 如何表示并发程序的特性？
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第 67页
2、进程及有关概念
（ 1）进程 （ Process） 就是程序的一次执行过程，
是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
?, 进程,这个概念是 1966年美国麻省理工学院的
J.H.Sallexer提出的。
? 进程管理 也被称为 处理机管理 。 处理机是计算机系统
中的重要资源，所以它管理的好坏在很大程度上直接
影响系统的效率。处理机管理又分两个部分,作业管
理 和 进程管理 。
? 进程管理是由程序管理进化而来，是和程序管理密不
可分的 。
作业 用户在一次计算过程中，或者一次事务处理过程中，要求计
算机系统所做工作的总称
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第 68页
进程的不同定义
? 由于并发活动的复杂性，不同学者研究和讨
论的 侧重点不同,对进程的定义也不尽相同。
几种不同的定义为：
? 1） 进程是可以和别的计算并发执行的计算；
? 2）进程是程序的一次执行，亦即进程是在给
定内存区域中的一组指令序列的执行过程；
? 3）所谓进程，就是一个程序在给定活动空间
和初始环境下，在一个处理机上的执行过程；
? 4）进程是程序在一个数据集合上运行的过程，
是系统资源分配和调度的一个独立单位。
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第 69页
（ 2）进程的特征
进程具有两个重要特征：
（ a）动态性,表现在它由,创建,而产生，由,调度,而执行，
因得不到资源而,暂停” 执行，最后由,撤消,而消亡。进
程有自己的生命周期。
（ b）并发性, 在系统中可以同时存在几个进程 。在单 CPU系统
中，任何时刻只有一个进程占用 CPU，其它进程处于等待状
态。进程有着走走停停的活动规律。引入进程的目的是为了
程序的并发执行,以提高资源的利用率。
进程与程序的区别：
a) 进程描述程序的动态行为，程序是指令和数据的静态集合。
b) 进程是程序的运行活动，当程序没运行时，有程序存在，而
无进程存在。
c) 一个程序可以有多个进程，一个进程也可以对应多个程序
（调用、顺序执行）
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第 70页
(3)进程的性质
a）动态性 描述程序在执行过程中的全部活动；
b）并发性 OS同时接受和处理多个进程；
c）异步性 不同进程在逻辑上相互独立，有各的
运行“轨迹”；
d）制约性 由于计算机资源是有限的，不同进程
共享 CPU和 I/O通道及设备，因此相
互制约。
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第 71页
（ 4）进程的状态
? 进程在其存在的过程中，它们的状态是不断发生变
化的。一般来说,进程有三种基本状态：就绪状态、
运行状态、等待状态 。
– 就绪状态 已经获得投入运行所必需的一切资源，
一旦分配到 CPU，就可以立即执行。这是一种逻
辑上可运行状态 （“万事具备，只欠东风”） 。
– 运行状态 进程获得了 CPU及其它一切所需资源，
正在 CPU上运行着。 （春风得意之时）
– 等待状态 由于资源得不到满足，进程运行受阻，
处于暂停状态，等待资源分配后，再投入运行。
（青黄不接，门庭冷落）
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第 72页
进程状态转换示意图
运行状态
等待状态
就绪状态
进程调度
资源得不到满足
等待资源
CPU时间用完
获得资源
进程调度
程序
来自作业
调度
交作业
管理
进程在整个生存周期中，由进程调动程序控制，在这
三种状态之间进行转换。
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第 73页
（ 4）线程（ Thread） 的概念
? 线程 是一个程序内部的顺序控制流 （独立
执行的流）。但线程并不是程序，它自己
并不能运行，必须在程序中才能运行。
? 多线程 是指在 单个程序内部可以在同一时
刻运行多个不同的线程、执行不同的任务 。
多线程的程序，指单个程序内部在同一时
刻也可以进行多种运行处理。
? 在现代操作系统中，线程是系统中能调度
的最小实体。
? 如网络蚂蚁,Cuteftp
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第 74页
关于线程的进一步解释
? 线程是进程中的一个实体,是系统独立调度
和分派的基本单位
? 线程自己不拥有系统资源,只拥有一点在进
行中必不可少的资源 (程序计数器、寄存器、
栈 )，但可以和其他线程共享进程的全部资
源。
– 线程是独立调度和分派的基本单位，
– 进程是拥有资源的基本单位
– 线程切换不会引起进程切换
– 进程的切换开销大于线程的切换开销。
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第 75页
3、进程管理
? 进程管理的核心是：
进程的 控制 和 调度 。
? 进程自投入运行时起，即交由进
程调度程序管理。
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第 76页
（ 1）进程控制
? 进程控制的职责 是对系统中全部进程实
行有效的管理；它应该 具有创建新进程、
撤消已结束进程的能力 。
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第 77页
（ 2）进程的组成
? 进程是程序在一个数据集合上的运行过程,它
由三部分组成：
程序
它主要用于描述进程所要完成的功能。
数据集合
它包括程序执行时所需要的数据和工作区。
进程控制块 （ PCB—— Process Control
Block)
它记录进程控制信息，是进程动态特性的反映。
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第 78页
（ 3）进程控制块 ——PCB
? 进程控制块 PCB是进程的唯一标识。 当创建一个新
进程时，系统就建立一个 PCB；它记录和描述该进
程的运行变化过程及参数变化。实际上，系统是通
过 PCB对进程进行实际控制和管理的。
PCB中包括：
进程标识符 进程唯一的代号
进程现行状态 记录进程当前状态
中断现场保护区 记录中断现场信息，以备恢复用
进程使用资源表 记录进程使用的资源信息
进程优先级 标明该进程要求 CPU的迫切程度
进程家族信息 记录该进程家族史信息。
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第 79页
（ 4）进程控制块 PCB的组织形式
通过进程控制块对进程进行管理
进程控制块 PCB是 定长记录 （类似与 DOS中的文件
目录表 FDT和 UNIX中的 i索引结点表），采用两种组
织方式。
线性表结构
PCB组织形式
链表结构
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第 80页
PCB线性表结构
PCB1
PCB2
PCB3
PCB4
?
?
?
PCBi
PCBi+1
PCBi+2
就绪表
等待表
?
???
???
?
?
?
就绪表
起始地址
等待表
起始地址
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第 81页
PCB链表结构
三个队列（三个线性表）
运行队列
就绪队列
等待队列
PCBr
队头
指针
PCBs PCBs+1 PCBs+2
PCBt PCBt+1 PCBt+2
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第 82页
4,进程调度的任务及功能
? （ 1）进程调度任务 （确定谁、何时使用 CPU）
? 按一定的算法，动态地将处理机分配
给就绪队列中的某个进程，使之执行。
? （ 2）进程调度功能
– 记录系统中所有进程的状态、优先数和
所用资源的情况。 （记录进程信息）
– 当 CPU空闲时，按一定的算法将 CPU分
配给某一进程、并确定 CPU时间片的长
度。 （确定运行进程）
– 动态地调度进程、修改进程的状态、以
及修改相应的排队队列。 （修改进程状态）
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第 83页
（ 3）进程调度方式
剥夺方式 当“重要“或”系统“的进程
出现时，便暂停正在执行的进程，立即
将 CPU分配给“重要”或”系统“的进
程。
非剥夺方式 让正在执行的进程继续执行，
直到该进程完成或发生其它事件，而改
变为其它状态后，才移交 CPU控制权。
抢占
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第 84页
（ 4）进程调度算法
? 进程调度算法的考虑因素有：
1、尽量提高资源利用率，较少 CPU空闲时间；
2、对一般作业采用较合理的平均响应时间；
3、应避免有的作业长期得不到响应的情况。
? 常用的算法：优先数法、时间片轮流法、分级调度法
? 优先数法 是把 CPU分配给具有最高优先数的进程；首
要问题是如何确定进程的优先数？ （简记为：优先数法）
? 确定进程的优先数,概括起来不外乎是基于,静态特
性,和” 动态特性,两种方法。
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第 85页
静态与动态优先数法
静态 优先数 法
进程优先数是在系统创建进程时确定的，一
经确定，在进程运行期间就不再改变。
动态 优先数 法
进程优先数在进程运行中，随进程特性的
变化不断修改进程的优先数，实现更精确
的调度。
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第 86页
确定静态特性的三个标准
? 根据进程的类型确定
? 系统进程优于用户进程
? I/O忙的进程优于 CPU忙的进程
? 在分时系统中，前台进程优于后台进程
? 根据作业需要的资源确定
? 短作业优先的原则
? 资源占用越大、优先数越低的原则
? 根据作业到达的时间确定
? 先到先服务方法（ FCFS）
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第 87页
改变动态优先数的规则
? 线性方式规则 就绪队列进程的优先数以 a的速度
增加，正在执行的进程优先数以 b的速率改变，通
过选择 a,b值形成各种算法。
? 非线性方式规则（一） 在进程进入系统后的前
一阶段，其优先数不变，或随时间线性减少。当
该进程的等待时间达到某一给定的最大值时，其
优先数又突然跃变到某一最高值，从而使该进程
能很快地投入运行。
? 非线性方式规则（二） 与短作业优先的算法结
合起来，既可使短作业优先运行，又可以保证长
作业在等待了一个最大的给定时间后，也能得到
运行的机会。
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第 88页
DOS的进程管理
DOS是单用户、单任务 OS，
因此进程管理任务非常简单；进
程独享系统资源，不需要复杂的
调度管理和调度算法。
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第 89页
UNIX的进程管理
UNIX是多用户、多任务的 OS。为了更好的
实现管理，它将进程的状态细分为六种。
运行状态 1
暂停状态
运行状态 2
终止状态
睡眠状态
高优先 低优先
等待
状态唤醒就绪
状态
选中
落选
撤消
挂起
置运行
跟踪
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第 90页
WINDOWS’98 的进程管理
? 单用户、抢占式、多任务、多进程、多线程
? Win98 OS中使用了进程和线程相结合的设计技术。
每个进程至少包括一个线程，在执行时给每个线程
分配时间片。
? Win98是 多任务 OS，采用 抢占式 的多任务调度算法
来实现多任务操作。任务调度程序将处理机分配给
等待队列中优先级最高的线程。
? 在 Win98有两种调度程序,主调度程序 和 时间片调
度程序 ；前者选择最高优先级的线程运行（优先级
为 0~31）；后者依据线程的处理顺序及虚拟机的当
前状态，分配一个时间片给被选线程，并执行。
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第 91页
5.用户接口
? 概念,负责操作系统和用户之间进行双向通信的部分
被称为用户接口（ User Interface），也称用户界面。
? 类型, 用户通过 OS使用计算机是通过两种类型用户
接口：编程接口（程序级）和命令接口（作业控制
级）。
? 用户接口 实际上是通过菜单、屏幕设计、键盘命令、
鼠标操作、命令语言和帮助系统等实现的。
? 用户接口应具有如下特性,
– 信息在屏幕上的位置一致
– 命令的语法一致
– 不同的应用程序中类似操作的执行过程相似
– 命令名字、缩略语的设计一致
– 错误信息、纠错指示的语法表示形式一致
– 表格、屏幕显示中标题和域的设计一致
– 不同功能的会话风格一致
– 术语与用户现有的行业用语一致
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第 92页
UNIX用户接口
? UNIX传统用户界面是基于文本的命令行界
面，即 shell。 Shell即可方便的编程操作，
又可以联机作为交互命令使用。
? UNIX 还 为用户 提供图形界面,主要是 X
Windows系统，它被开发成为 UNIX平台的
标准 GUI。 X不实现用户接口，它只实现一
个窗口系统，
? 一般情况下，向用户显示一个统一的接口、
图形和基于字符的接口形式不应在同一个系
统中混用。
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第 93页
DOS用户接口
? DOS操作系统基本上都是字符界面
接口。采用菜单、窗口等图形仿真
实现图形界面，不支持鼠标操作。
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第 94页
Windows用户接口
? 现行的 Windows界面是基于 GUI的用户接
口，已经成为一种开放化系统的用户接口。
Windows的图形输出是由图形设备接口
GUI来完成的。
? GUI是系统原始的图形输出库，它用于在屏
幕上输出像素、在打印机上输出硬拷贝以及
绘制 Windows用户界面。
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第 95页
程序员接口
? 程序员与计算机进行交互对话的接口 称为程序员接
口 API（ Application Program Interface）。
? API实质是一个程序内的一套函数调用，是程序员
可用的编程接口，用于创建其他程序。 API为程序
员或计算机用户提供了使用计算机时低层次、高效
率的服务接口 。
? API旨在管理运行程序，在程序与系统资源及系统
服务之间实现交互作用。这种作用通常采用若干系
统调用组成，用户可以在程序中直接或间接地使用
这些调用。采用低级语言（汇编语言）编程可以直
接使用这些调用，采用高级语言编程则采用程序调
用方式，通过解释或者编译程序将其翻译成有关的
系统调用，完成各种功能和服务。这一类接口被称
为编程接口。
? Dos中断,UNIXshell,WindowsAPI
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第 96页
作业
1、思考第 4章的 1~3,12~14。
2、作业第 4章的 6~8。
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第 97页
提交作业操作步骤
? 选择要提交的作业
? 在“资源管理器”下执行,//编辑 //复制,
? 在,网上邻居,下 选择指定路径
? 执行 ‘ //编辑 //粘贴 ’
? 作业路径：
JEC251\USER\DATAROOM\HOMEWORK\班级编号
? 中心网上教室地址：
http,//ctec.xjtu.edu.cn
? 课件下载地址,
ftp,//ctec.xjtu.edu.cn
? 我的 E-mail地址,
zhaoxjtu@263.net
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第 98页
结束语
? 操作系统是计算机系统的核心；
学习计算机首先从学习操作系统
开始。
谢谢，再见！
