下一页
计算机软件基础
The software basic
of computer
主讲：刘志强
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
下一页
上一页
停止放映
第 2 页
教学目标
? 了解 OS的基本概念及功能
下一页
上一页
停止放映
第 3 页
学习要求
? 通过本单元的学习：
– 应懂得操作系统在计算机系统中
的地位和作用；
– 了解 OS的基本职能和功能；认识
OS是计算机资源的管理中心、人
机间唯一的界面和接口、是所有
应用程序的支持平台；
– 要能区分不同类型的操作系统及
其特征。
下一页
上一页
停止放映
第 4 页
教学内容
第一部分：操作系统基本概念
第二部分：文件系统
第三部分：进程管理
下一页
上一页
停止放映
第 5 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
核心系统软件；系统软件的核
心是 操作系统 。
下一页
上一页
停止放映
第 6 页
一、基本术语
? 操作系统的两大基本职能
? 计算机语言编译系统
? 计算机资源
? 操作系统的五大功能
下一页
上一页
停止放映
第 7 页
⒈ 操作系统的两大基本职能
? 面向机器：
管理和操控全部计算机资源；
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。
下一页
上一页
停止放映
第 8 页
命令 翻译
结果
计算机识别机器语言，人识别高级语言；
语言编译器充当人机之间的“翻译”。
操作
系统
⒉ 计算机语言编译系统
下一页
上一页
停止放映
第 9 页
⒊ 计算机资源
计算机
资源
硬件设备
文件
数据库
应用程序
内存单元 其他用户
远程用户
下一页
上一页
停止放映
第 10页
⒋ 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
下一页
上一页
停止放映
第 11 页
二、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 —— 无操作系统
2、第 2阶段 —— 第 1代操作系统
3、第 3阶段 —— 第 2代操作系统
4、第 4阶段 —— 第 3代操作系统
下一页
上一页
停止放映
第 12页
1、早期阶段
? 在 50年代, 计算机硬件主要采用电
子管器件, 几乎无外部设备；
? 软件只用机器语言, 无操作系统,
称为, 裸机, 。
下一页
上一页
停止放映
第 13页
系统特点：
? 硬件采用电子管器件，运算速度低，
系统稳定性、可靠性差；
? 系统中硬件占绝大部分比重，而软
件只占很小比重；
? 外部设备很少,I/O操作简单。
下一页
上一页
停止放映
第 14页
操作特点：
? 手工操作
输入纸带 （ 卡片 ）, 电传打字机输出结果, 在
控制台上用搬键输入命令等；
? 没有 OS,只能用机器指令控制, 操作计算机；
? 用户独占整个系统资源, 利用率低； CPU等
待人工操作；
? 用户既是操作员又是程序员；既用户必须是
计算机专家；
? 主要用于科学计算 。
下一页
上一页
停止放映
第 15页
面临的问题：
? 人机矛盾日益突出, 系统
资源利用率低 。
下一页
上一页
停止放映
第 16页
2、第 2阶段
为解决人机矛盾, 提高资源利用率,
人们很自然想到：让计算机保持不间断
工作, 减少人工干预程度 。 于是产生了
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, 操作系统由此而产生；被
称为, 第 1代操作系统, 。
下一页
上一页
停止放映
第 17页
系统特点：
? 把一批性质相同的程序 （ 例如, 求
解不同边界条件的微分方程 ） 按序
存放在存储介质中；
? 一次性提交给计算机进行处理；
? 减少了手工操作的时间, 使系统有
相对较长的连续运行时间, 从而提
高了 CPU利用率 。
下一页
上一页
停止放映
第 18页
操作特点：
? 程序员和操作员有了明确的分工；程序
员负责把实际问题抽象为计算机能够求
解的模型, 再用算法语言把它编为可在
计算机上运行的程序；而上机操作则由
操作员来完成；
? 开始摆脱手工操作方式, 由批处理监管
程序来完成成批程序的处理 。
下一页
上一页
停止放映
第 19页
面临的问题：
? 高速 CPU和低速 I/O的矛盾加剧 。
由于计算机技术的发展, CPU处理速度
提高很快, 但 I/O的速度却很慢, 系统
整体效率没有得到应有的提高 。
下一页
上一页
停止放映
第 20页
3、第 3阶段
为解决高速 CPU和低速 I/O不匹配的矛盾, 在
硬, 软件资源方面做了巨大的改进, 由此诞
生了许多新技术：
? 高质量, 高效率的高级语言编译器：
FORTRAN,COBOL,PASCAL等；
? 分时系统 将 CPU划分为很小的时间片, 采用
循环轮作方式处理多道程序；
? CPU和 I/O的并行处理技术；包括：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 。
下一页
上一页
停止放映
第 21页
系统特点：
? 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 。
下一页
上一页
停止放映
第 22页
操作特点：
? 操作更加简单；
例如, MS-DOS,UNIX,WINDOWS；
? 功能更加强大；
五大功能由此实现；
? 应用程序丰富多彩；
计算机应用已广泛涉及到各行各业, 各
个领域 。
下一页
上一页
停止放映
第 23页
面临的问题：
? 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 。
下一页
上一页
停止放映
第 24页
4、第 4阶段
随着计算机技术和硬件技术的发展,
特别是大容量存储器的问世, 促进了
软件技术的发展, 从而产生了功能更
强大, 更完善的第三代操作系统 。
下一页
上一页
停止放映
第 25页
系统特点：
? 微机操作系统的诞生, MS-DOS；
? 多用户操作系统；例如, UNIX；
? 基于图形界面操作环境的操作系统；例
如, Windows；
? 网络操作系统；例如, Windows NT；
?, 客户机 /服务器, 模式 。
? 多媒体技术
下一页
上一页
停止放映
第 26页
面临的问题：
? 由于数据信息的含义拓宽为包括, 声
音, 图像, 影视等多媒体信息, 因此,
信息传输的, 瓶径, 问题显得格外突
出 。 网上 大流量的传输需求 与 线路频
带宽度 的矛盾上升为主要矛盾 。
下一页
上一页
停止放映
第 27页
计算技术三种模式
计算机应用技术日新月异的发展应归功
于计算技术的发展。计算技术的发展经历
了三个阶段：
? 单主机计算 （ Mainframe Computing）
? 分布式客户机 /服务器计算 （ Distributed
Client/Server Computing）
? 网络计算 （ Network Computing）
1994年 IMB公司总裁 Gerstner在美国
Comdex大会上的提法。
下一页
上一页
停止放映
第 28页
单主机计算模式 (1955~1985年）
? 模式,即以功能强大的主计算机为中心，以
终端构成的集中式计算环境。
? 特点, 整个系统资源由单用户或多用户共
享（分时技术），用户接口,I/O处理功能
都集中在主机上。
? 缺点,当处理负载过大时，主机性能就成为
制约通信网络的, 瓶颈, 。
? 解决方法,提高主机处理速度，增加主机数
量。但成本高、管理复杂，也限制了单主机
模式的发展。
下一页
上一页
停止放映
第 29页
单主机计算模式示意图
?
?
?
数据
通道
.
.
.
非智能终端
主计算机
磁盘
下一页
上一页
停止放映
第 30页
客户机 /服务器计算模式
1）,PC机和局域网 LAN的网络应用模式。
? 特点,所有共享数据存放于文件服务器上，
应用程序和 OS则存于 PC机中。应用数据有
文件服务器提供，而数据处理由 PC机自己实
现。
? 缺点,由于网上所有 PC机需要的数据都在网
络通道中传输，当网上用户增加，网间存取
访问频繁时，网上冲突也增加，甚至造成系
统瘫痪。
? 说明,单主机和终端,PC机和 LAN的处理方
式都是主 — 从式网络系统。区别是终端是非
智能的，而 PC机是智能的。
下一页
上一页
停止放映
第 31页
文件服务器应用模式示意图
? ?
?
? ?
LAN
PCPC
PC
PC
PC
文件服务器
下一页
上一页
停止放映
第 32页
客户机 /服务器（ C/S）计算模式
? 是不同于主 — 从式的一种新的计算模式。它有效地解决了
文件服务器处理模式不能充分共享资源的问题。
? 特点,硬件结构同主 -从方式。软件结构则大不相同。 C/S
技术更确切的说是一种软件机制；分为客户端程序和服务
器端程序。
? 区别,网上传输量的大小。
– C/S方式 只传输请求和结果
– 主 -从方式 传输所有的数据和文件
? 优点,
– 减少了网络的流量和冲突的机率
– 响应快、处理效率高
– 真正体现了分布式处理环境，充分发挥各地系统资源的
作用。
– 在网上支持更多数量的用户
下一页
上一页
停止放映
第 33页
客户机 /服务器应用模式示意图
? ?
?
? ?
网络
客户机
服务器
客户机
客户机
客户机客户机
服务器
端程序
客户机
端程序
C/S计算模式是 90年代计算机系统主流计算模式。
下一页
上一页
停止放映
第 34页
（ 3）网络计算模式
? 在分布式 C/S方式下，计算（处理）对于通信的依赖越
来越大。因此，通信的效率直接影响到 C/S计算模式的
效率。一种新的计算模式 —— 网络计算模式 应运而生。
? 特点,以 WWW（ World Wide Web环球网）、主页
文档标准化（ HTML超级文本描述语言）和 Java语言三
大技术的成熟为标志。
– 每个用户都成了资源无限大的世界计算机的终端；
– 大量复杂的计算可在超级计算机上完成；
– 几乎所有软件工具、应用软件都可以在网上下载；
– 网上提供的服务应有尽有；信息资源取之不尽用之
不竭；
– 应用程序开发人员两极分化。
下一页
上一页
停止放映
第 35页
网络计算模式示意图
Internet
网络
LAN 几 m~10km4MB~10MB
WAN
100km~1000km
9.6KB~4.5MBMAN
几 km~100km
56KB~4.5MB
服务器
下一页
上一页
停止放映
第 36页
客户端程序开发人员
? 程序开发越来越简单，除了写一个程序头和程
序尾外，核心程序均由对各种服务的请求组成。
传统的编程技术和技巧已非常次要，重点转到
专业应用技术本身。对计算机技术和通信技术
基本上不要求精通，只略知用法即可。
? 应用者的基本素质：
善于将各种服务器的服务功能组织到本专业
的应用（即目标系统）上，提出合理的解决方
案。
下一页
上一页
停止放映
第 37页
服务器端程序人员
? 则恰恰相反，要求他们从软件到硬件，从理论
到实践都非常精通。他们掌握传统的软件开发
技术，精通多媒体、网络、数据库、通信、人
工智能、集成技术以及各种软件工具。这样的
人越来越少。这正好说明计算技术的成熟，它
已成为人类处理信息得心应手的工具。
? 计算技术发展到 Internet，网络时代已经进入
成熟期，应该说，人们方便地使用计算机的时
代即将到来。
下一页
上一页
停止放映
第 38页
发展趋势：
? 实现四通八达的信息高速度,Internet进
入家庭。
? 通过网络，实现“信息垂手可得”，提
供应有尽有，尽善尽美的服务。
? 未来十年内，电信、计算机、广播电视
三网合一将成为趋势，人们从三合一的
网上能真正享受超媒体信息服务。
? 用得起，离不开。
下一页
上一页
停止放映
第 39页
今后计算机网络具有的特点
? 开放性
使不同硬件环境、不同网络协议的网互连，真
正达到资源共享、数据通信和分布处理的目
的。
? 智能化
多方面提高网络的性能和综合的多功能服务，
真正以分布和开放的形式向用户提供服务。
? 高性能
追求高速、高可靠性和高安全性，采用多媒
体技术，提供文本、声音、图象等综合服务。
下一页
上一页
停止放映
第 40页
常用、主流 OS简介
?MS-DOS
?UNIX
?WINDOWS
下一页
上一页
停止放映
第 41页
MS-DOS
MS-DOS 16位机、基于字符（命令行）方式的 OS
? 1970年 美国 INTEL公司研制出地 1个微处理器；
1974年诞生 80系列芯片 80X（ 8080,8086、
80186,286,486）；如今改为以,Pentium”为
其产品系列号。
? 1974年美国 APPLE公司推出第 1台微机（ 8088芯
片），采用 Macintosh操作系统；
? 1981年世界最大的计算机公司 IBM推出第 1台 IBM-
PC机，它购买 Microsoft公司的 MS-DOS作为其
PC机的 OS，定名为 PC-DOS。由于 MS-DOS采取
开放的策略，使其占据了 PC机的主要市场份额，
成为 PC的主流 OS。
下一页
上一页
停止放映
第 42页
UNIX
UNIX 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 。
下一页
上一页
停止放映
第 43页
WINDOWS
WINDOWS 32位以上高档微机的, 多任务,
基于图形界面的主流 OS
? 1983年 11月, MICROSOFT公司推出
WINDOWS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。
下一页
上一页
停止放映
第 44页
WINDOWS的特点
1,图形界面, 窗口, 菜单操作方式
2,多任务操作
3,功能强大的内存管理
4,支持动态数据交换 （ DDE） 和动态连接库
（ DLL）
5,支持鼠标操作
6,支持网络功能
7,支持 GBK大字符集 （ 2万多汉字字符 ）
8,系统庞大, 开销大, 启动, 关机慢
下一页
上一页
停止放映
第 45页
三、操作系统的分类
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 在较短时间内即使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。
下一页
上一页
停止放映
第 46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
下一页
上一页
停止放映
第 47页
一、文件的概念及分类
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。
下一页
上一页
停止放映
第 48页
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,。
下一页
上一页
停止放映
第 49页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 50页
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）：
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。
下一页
上一页
停止放映
第 51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
下一页
上一页
停止放映
第 52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。
下一页
上一页
停止放映
第 53页
举例
*,EXE 表示所有扩展名为,,EXE”的文件。
例如,FDISK.EXE,TREE.EXE,SCANDISK.EXE
等都包含在匹配范围内。
L？？, PRG 表示,L”打头、后两位可以是任
意字符的文件。
例如,L1.PRG, L11.PRG, LLL.PRG, Lgh.PRG
等都属于该范围。
下一页
上一页
停止放映
第 54页
文件分类
根据文件的不同用途或文件中信息的特征，可以将
文件划分为不同的类型。
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。
下一页
上一页
停止放映
第 55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。
下一页
上一页
停止放映
第 56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。
下一页
上一页
停止放映
第 57页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 58页
文件系统必须解决的问题
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。
下一页
上一页
停止放映
第 59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或 1024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。
n
下一页
上一页
停止放映
第 60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：
? 文件特征信息，用于管理和操作控制；
? 文件体,是文件的实际内容信息。
目录：
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。
下一页
上一页
停止放映
第 61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。
下一页
上一页
停止放映
第 62页
文件属性
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
下一页
上一页
停止放映
第 63页
UNXI目录项内容
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
下一页
上一页
停止放映
第 64页
2、文件系统的组织
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 65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。
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 66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。
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。
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。
引导区 FAT1 FAT2 FDT 第 1簇 第 2簇 …..,DATA 区
下一页
上一页
停止放映
第 67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
??????
??????
??????
下一页
上一页
停止放映
第 68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。因为 UNIX是小型机、多用户的
OS，因此其文件系统的功能比 DOS系统要
强得多，系统构成也复杂得多。
? UNIX系统的特点之一是文件和设备的一致
性。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。
下一页
上一页
停止放映
第 69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。
下一页
上一页
停止放映
第 70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）。
下一页
上一页
停止放映
第 71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
下一页
上一页
停止放映
第 72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。
下一页
上一页
停止放映
第 73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。
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 128 个地
址，可对应 128 个存储块。
三级间接寻址 用 addr[12]作为三次间接寻址，共 128 个。
最大文件长度 =0.5KB*(10+128+128 + 128 ) <= 2GB
2
3
2 3
下一页
上一页
停止放映
第 74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
??? ??? ???
???
下一页
上一页
停止放映
第 75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
? 防止文件被有意或无意的破坏。
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一类的单用户 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。
下一页
上一页
停止放映
第 76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。
下一页
上一页
停止放映
第 77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,。
下一页
上一页
停止放映
第 78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；
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。
下一页
上一页
停止放映
第 79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。
下一页
上一页
停止放映
第 80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。
下一页
上一页
停止放映
第 81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
下一页
上一页
停止放映
第 82页
举例
-rwxr--r-- 1 bin bin 2208 May 28 1991 /etc/rc
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。
链
接
数
权
限
所
有
名
组
名
文
件
长
度
日
期
文
件
名
下一页
上一页
停止放映
第 83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。
下一页
上一页
停止放映
第 84页
Windows98文件系统类型
? FAT Windows98文件系统仍支持 MS-DOS的 FAT
? VFAT 在保护模式下运行的一个扩展并经改进的系
统。虚拟 FAT实际上只是应用程序和磁盘上 FAT之间
的一个界面，磁盘仍用 FAT结构。它同一个虚拟
VCACHE配合工作，可改善文件的 I/O性能。
? CDFS Windows98支持 ISO-9660标准的 CD-ROM
文件系统，提供 32位保护模式下的驱动程序 CDFS。
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 85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
下一页
上一页
停止放映
第 86页
一、基本概念
? 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
下一页
上一页
停止放映
第 87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 。
下一页
上一页
停止放映
第 88页
程序顺序执行举例一
设有一个程序有三个程序段，分别执行
I（输入）,C（计算）和 P（输出）操作。
执行顺序为：
I C P
只有‘输入’了数据,才能‘计算’这些
数据，也只有‘计算’产生了结果，才能
‘输出’它们。这些逻辑关系（顺序）是不
能随意改变的。
结果数据
下一页
上一页
停止放映
第 89页
程序顺序执行举例二
假设有 n个作业，每个作业都由三个程序段：输
入段 Ii、计算段 Ci、输出段 Pi。在早期单道程序
系统中，作业执行流为：
作业 1 I1 C1 P1
作业 2 I2 C2 P2
作业 n In Cn Pn
作
业
执
行
顺
序
下一页
上一页
停止放映
第 90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。
下一页
上一页
停止放映
第 91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。
下一页
上一页
停止放映
第 92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。
下一页
上一页
停止放映
第 93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
下一页
上一页
停止放映
第 94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 。
下一页
上一页
停止放映
第 95页
程序并发处理特征
1、失去了程序的封闭性，请分析下列程序
begin 用 cobegin和 coend表示程
N,integer 序能并发执行。
N,= 0
cobegin
begin begin
L1,program A L2,program B
N,= N + 1 print N
goto L1 N,=0
end goto L2
coend end
end
并发程序段 A 并发程序段 B
下一页
上一页
停止放映
第 96页
程序与计算结果不再一一对应
? 程序在顺序执行时，程序与,计算,间有着
一一对应的关系。
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 97页
程序并发执行时的相互制约
程序 1,I1 C1 P1
程序 2,I2 C2 P2
程序 3,I3 C3 P3
从图中可以看出,P1,C2和 I3是并发执行的程序段。如果 C1
未完成,P1和 C2就无法执行。
还可以看出,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。
Tt1 t3t2
下一页
上一页
停止放映
第 98页
失去了程序的封闭性（续）
分析：
? 若先执行程序 A,N值大于 0；再执行程序 B
时，先输出一个大于 0的 N值，然后,N值变
为 0。
? 若先执行程序 B,N值等于 0，先输出一个 0
的 N值；再执行程序 A时,N值变为 1。
? 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？
下一页
上一页
停止放映
第 99页
2、进程及有关概念
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 。
下一页
上一页
停止放映
第 100页
进程的概念
? 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：
? 进程是可以和别的计算并发执行的计算；
? 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；
? 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；
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 101页
进程的特征
进程具有两个重要特征：
（ 1）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。
（ 2）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。
下一页
上一页
停止放映
第 102页
进程的性质
1）动态性 描述程序在执行过程中的全部活动；
2）并发性 OS同时接受和处理多个进程；
3）异步性 不同进程在逻辑上相互独立，有各的
运行“轨迹”；
4）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。
下一页
上一页
停止放映
第 103页
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。
– 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。
下一页
上一页
停止放映
第 104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
等待资源
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。
下一页
上一页
停止放映
第 105页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 106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。
? 根据什么标准选择怎样的进程投入运
行？如何管理不同类型进程的资源？
采用什么策略进行分配资源？
… 。
? 这些都是进程管理的问题。
下一页
上一页
停止放映
第 107页
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。
? 为便于对进程进行管理，进程具有特殊
的构成形式。
下一页
上一页
停止放映
第 108页
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 。
下一页
上一页
停止放映
第 109页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 110 页
进程控制块 PCB的组织形式
为了便于对进程调度管理，必须对进程进行合理
的组织。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
下一页
上一页
停止放映
第 111 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
下一页
上一页
停止放映
第 112 页
PCB线性表的特点
1、简单、易实现
2、插入、删除操作费时
3、随机查找
????PCB1 PCB2 PCB3??? PCBi PCBi+1
删除
后面的元素统统
前移一个位置
下一页
上一页
停止放映
第 113 页
PCB链表结构
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
下一页
上一页
停止放映
第 114 页
PCB链表的特点
1、插入、删除操作简单
2、需要增加额外的存储空间，实现较复杂
（存放地址指针）
3、顺序查找
插入
操作
PCB5PCB4
PCB1 PCB2
PCBi
PCB6删除
操作
删除
下一页
上一页
停止放映
第 115 页
进程调度的任务及功能
? 进程调度任务
– 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。
? 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。
– 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。
– 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。
下一页
上一页
停止放映
第 116 页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 117 页
进程调度算法
? 考虑进程调度算法的因素有：
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？
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 118 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。
下一页
上一页
停止放映
第 119 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）
下一页
上一页
停止放映
第 120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。
下一页
上一页
停止放映
第 121页
线性方式规则
? 当 0<a<=b时, 若所有进程进入系统时赋予相
同的优先数，则先进入系统的作业其优先数最高，
先得到 CPU（ FCFS）。
?当 a<=b<0时,是后来先服务（ LCFS）。
?当 a=b时,就绪队列进程优先数不变；正在
执行的进程每提出一次 I/O请求后，其 b便自
动增加 1，这种优先数反映了 I/O请求的频率；
可使 I/O保持很高的利用率。
下一页
上一页
停止放映
第 122页
轮转法 (动态法）
? 先将就绪态进程按 FCFS规则排成一个队列，
将 CPU划分为等长的时间片，分配给队列中
的每个进程。
? 进程在运行了一个时间片 q后，排至队尾，
如此循环。
? 时间片 q 的取值为：
q 过小，系统开销增加；
q 过大，又退化为 FCFS法。
一般来说,q 值取为, q = 100ms 为宜。
下一页
上一页
停止放映
第 123页
改善的轮转法 (动态法）
? 将固定时间片改为可变时间片，
其中,T 为响应时间,N max 为就绪队列中允许
的最多进程数。
? 将单就绪队列改为多就绪队列，从而形成多就绪队
列轮转法。
T
Nmaxq =
下一页
上一页
停止放映
第 124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。
下一页
上一页
停止放映
第 125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
下一页
上一页
停止放映
第 126页
WINDOWS’98 的进程管理
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 127页
用户接口
? 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。
? 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
下一页
上一页
停止放映
第 128页
人机界面（ HCI-Human Coputer Interface）
? 用户接口实质上是提供了一个人机界面，包括：
– 基于字符界面的接口
– 基于图形用户界面接口（ GUI-Graphical User Interface）
– 多媒体接口
– 其他特殊类型的接口
用
户
接
口
图形用户接口
多媒体型接口
字符型及其他特殊型接口
基于 MOTIF
基于 Windows
普通
用户
接口
规范
系统级或域级用户接口规范
系统级或域级用户接口规范
用户接口标准体系
下一页
上一页
停止放映
第 129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，是一套可以
实现图形用户接口的工具。目前流行的基于 X实现
的用户接口风格是 Athena,Motif和 Open Look。
? 某些特殊的接口（如嵌入式系统、手持设备）由于
操作、技术或物理的限制，可能需要使用基于字符
或其他的接口，这些特殊接口将由系统级用户接口
规范进一步细化和补充。
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 130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。
下一页
上一页
停止放映
第 131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。
? Windows的用户接口对象包括：
窗口（标题栏、菜单栏、工具条、客户区、滚动条、滚动块、
状态栏）、菜单（图标、快捷键、级联菜单等）、对话
框（命令按钮、单选项、复选框、列表框、下拉菜单、
文本框、数值框、组合框、选项卡）消息框（提示、警
告、对话窗口）等。
下一页
上一页
停止放映
第 132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
为变成接口。
下一页
上一页
停止放映
第 133页
程序员接口 API示意图
? 如今,Windows API已经成为流行的应用程序接口。
Windows API主要采用动态炼接库 DLL和虚拟设备驱动程序
VXD的方式提供。而 UNIX和 DOS系统的程序员接口则主要采
用静态类库的方式提供，在程序编译时才将代码加入可执行
程序中。
应用系统
窗口系统 X11R5/Windows
应用编程接口 API
用户接口服务
操作系统
字符型
接口或
其他接
口
对外
管理
Windows
CDE1.0
窗口
管理
Windows
Motif/1.2
下一页
上一页
停止放映
第 134页
三种典型 OS的特点及比较
? MS-DOS
? UNIX
? WINDOWS
下一页
上一页
停止放映
第 135页
MS-DOS
? MS-DOS 16位机、基于字符（命令行）方式的 OS
? 1970年 美国 INTEL公司研制出地 1个微处理器； 1974年诞生 80
系列芯片 80X（ 8080,8086,80186,286,486）；如今改
为以,Pentium”为其产品系列号。
? 1974年美国 APPLE公司推出第 1台微机（ 8088芯片），采用
Macintosh操作系统；
? 1981年世界最大的计算机公司 IBM推出第 1台 IBM-PC机，它购
买 Microsoft公司的 MS-DOS作为其 PC机的 OS，定名为 PC-
DOS。由于 MS-DOS采取开放的策略，使其占据了 PC机的主
要市场份额，成为 PC的主流 OS。
? MS-DOS操作系统的特点,
1) 系统简单,层次性强
2) I/O重定位
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
下一页
上一页
停止放映
第 136页
UNIX
UNIX 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 。
下一页
上一页
停止放映
第 137页
UNIX操作系统特点
⑴ 多用户、多任务
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。
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）
下一页
上一页
停止放映
第 138页
WINDOWS
WINDOWS 32位以上高档微机的, 多任务,
基于图形界面的主流 OS
? 1983年 11月, MICROSOFT公司推出
WINDOWS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。
下一页
上一页
停止放映
第 139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 。
下一页
上一页
停止放映
第 140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。
下一页
上一页
停止放映
第 141页
作业
1、思考第 4章的 1~3,12~14。
2、作业第 4章的 6~8,16。
下一页
上一页
停止放映
第 142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 ’
下一页
上一页
停止放映
第 143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：刘志强
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
下一页
上一页
停止放映
第 2 页
教学目标
? 了解 OS的基本概念及功能
下一页
上一页
停止放映
第 3 页
学习要求
? 通过本单元的学习：
– 应懂得操作系统在计算机系统中
的地位和作用；
– 了解 OS的基本职能和功能；认识
OS是计算机资源的管理中心、人
机间唯一的界面和接口、是所有
应用程序的支持平台；
– 要能区分不同类型的操作系统及
其特征。
下一页
上一页
停止放映
第 4 页
教学内容
第一部分：操作系统基本概念
第二部分：文件系统
第三部分：进程管理
下一页
上一页
停止放映
第 5 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
核心系统软件；系统软件的核
心是 操作系统 。
下一页
上一页
停止放映
第 6 页
一、基本术语
? 操作系统的两大基本职能
? 计算机语言编译系统
? 计算机资源
? 操作系统的五大功能
下一页
上一页
停止放映
第 7 页
⒈ 操作系统的两大基本职能
? 面向机器：
管理和操控全部计算机资源；
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。
下一页
上一页
停止放映
第 8 页
命令 翻译
结果
计算机识别机器语言，人识别高级语言；
语言编译器充当人机之间的“翻译”。
操作
系统
⒉ 计算机语言编译系统
下一页
上一页
停止放映
第 9 页
⒊ 计算机资源
计算机
资源
硬件设备
文件
数据库
应用程序
内存单元 其他用户
远程用户
下一页
上一页
停止放映
第 10页
⒋ 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
下一页
上一页
停止放映
第 11 页
二、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 —— 无操作系统
2、第 2阶段 —— 第 1代操作系统
3、第 3阶段 —— 第 2代操作系统
4、第 4阶段 —— 第 3代操作系统
下一页
上一页
停止放映
第 12页
1、早期阶段
? 在 50年代, 计算机硬件主要采用电
子管器件, 几乎无外部设备；
? 软件只用机器语言, 无操作系统,
称为, 裸机, 。
下一页
上一页
停止放映
第 13页
系统特点：
? 硬件采用电子管器件，运算速度低，
系统稳定性、可靠性差；
? 系统中硬件占绝大部分比重，而软
件只占很小比重；
? 外部设备很少,I/O操作简单。
下一页
上一页
停止放映
第 14页
操作特点：
? 手工操作
输入纸带 （ 卡片 ）, 电传打字机输出结果, 在
控制台上用搬键输入命令等；
? 没有 OS,只能用机器指令控制, 操作计算机；
? 用户独占整个系统资源, 利用率低； CPU等
待人工操作；
? 用户既是操作员又是程序员；既用户必须是
计算机专家；
? 主要用于科学计算 。
下一页
上一页
停止放映
第 15页
面临的问题：
? 人机矛盾日益突出, 系统
资源利用率低 。
下一页
上一页
停止放映
第 16页
2、第 2阶段
为解决人机矛盾, 提高资源利用率,
人们很自然想到：让计算机保持不间断
工作, 减少人工干预程度 。 于是产生了
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, 操作系统由此而产生；被
称为, 第 1代操作系统, 。
下一页
上一页
停止放映
第 17页
系统特点：
? 把一批性质相同的程序 （ 例如, 求
解不同边界条件的微分方程 ） 按序
存放在存储介质中；
? 一次性提交给计算机进行处理；
? 减少了手工操作的时间, 使系统有
相对较长的连续运行时间, 从而提
高了 CPU利用率 。
下一页
上一页
停止放映
第 18页
操作特点：
? 程序员和操作员有了明确的分工；程序
员负责把实际问题抽象为计算机能够求
解的模型, 再用算法语言把它编为可在
计算机上运行的程序；而上机操作则由
操作员来完成；
? 开始摆脱手工操作方式, 由批处理监管
程序来完成成批程序的处理 。
下一页
上一页
停止放映
第 19页
面临的问题：
? 高速 CPU和低速 I/O的矛盾加剧 。
由于计算机技术的发展, CPU处理速度
提高很快, 但 I/O的速度却很慢, 系统
整体效率没有得到应有的提高 。
下一页
上一页
停止放映
第 20页
3、第 3阶段
为解决高速 CPU和低速 I/O不匹配的矛盾, 在
硬, 软件资源方面做了巨大的改进, 由此诞
生了许多新技术：
? 高质量, 高效率的高级语言编译器：
FORTRAN,COBOL,PASCAL等；
? 分时系统 将 CPU划分为很小的时间片, 采用
循环轮作方式处理多道程序；
? CPU和 I/O的并行处理技术；包括：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 。
下一页
上一页
停止放映
第 21页
系统特点：
? 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 。
下一页
上一页
停止放映
第 22页
操作特点：
? 操作更加简单；
例如, MS-DOS,UNIX,WINDOWS；
? 功能更加强大；
五大功能由此实现；
? 应用程序丰富多彩；
计算机应用已广泛涉及到各行各业, 各
个领域 。
下一页
上一页
停止放映
第 23页
面临的问题：
? 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 。
下一页
上一页
停止放映
第 24页
4、第 4阶段
随着计算机技术和硬件技术的发展,
特别是大容量存储器的问世, 促进了
软件技术的发展, 从而产生了功能更
强大, 更完善的第三代操作系统 。
下一页
上一页
停止放映
第 25页
系统特点：
? 微机操作系统的诞生, MS-DOS；
? 多用户操作系统；例如, UNIX；
? 基于图形界面操作环境的操作系统；例
如, Windows；
? 网络操作系统；例如, Windows NT；
?, 客户机 /服务器, 模式 。
? 多媒体技术
下一页
上一页
停止放映
第 26页
面临的问题：
? 由于数据信息的含义拓宽为包括, 声
音, 图像, 影视等多媒体信息, 因此,
信息传输的, 瓶径, 问题显得格外突
出 。 网上 大流量的传输需求 与 线路频
带宽度 的矛盾上升为主要矛盾 。
下一页
上一页
停止放映
第 27页
计算技术三种模式
计算机应用技术日新月异的发展应归功
于计算技术的发展。计算技术的发展经历
了三个阶段：
? 单主机计算 （ Mainframe Computing）
? 分布式客户机 /服务器计算 （ Distributed
Client/Server Computing）
? 网络计算 （ Network Computing）
1994年 IMB公司总裁 Gerstner在美国
Comdex大会上的提法。
下一页
上一页
停止放映
第 28页
单主机计算模式 (1955~1985年）
? 模式,即以功能强大的主计算机为中心，以
终端构成的集中式计算环境。
? 特点, 整个系统资源由单用户或多用户共
享（分时技术），用户接口,I/O处理功能
都集中在主机上。
? 缺点,当处理负载过大时，主机性能就成为
制约通信网络的, 瓶颈, 。
? 解决方法,提高主机处理速度，增加主机数
量。但成本高、管理复杂，也限制了单主机
模式的发展。
下一页
上一页
停止放映
第 29页
单主机计算模式示意图
?
?
?
数据
通道
.
.
.
非智能终端
主计算机
磁盘
下一页
上一页
停止放映
第 30页
客户机 /服务器计算模式
1）,PC机和局域网 LAN的网络应用模式。
? 特点,所有共享数据存放于文件服务器上，
应用程序和 OS则存于 PC机中。应用数据有
文件服务器提供，而数据处理由 PC机自己实
现。
? 缺点,由于网上所有 PC机需要的数据都在网
络通道中传输，当网上用户增加，网间存取
访问频繁时，网上冲突也增加，甚至造成系
统瘫痪。
? 说明,单主机和终端,PC机和 LAN的处理方
式都是主 — 从式网络系统。区别是终端是非
智能的，而 PC机是智能的。
下一页
上一页
停止放映
第 31页
文件服务器应用模式示意图
? ?
?
? ?
LAN
PCPC
PC
PC
PC
文件服务器
下一页
上一页
停止放映
第 32页
客户机 /服务器（ C/S）计算模式
? 是不同于主 — 从式的一种新的计算模式。它有效地解决了
文件服务器处理模式不能充分共享资源的问题。
? 特点,硬件结构同主 -从方式。软件结构则大不相同。 C/S
技术更确切的说是一种软件机制；分为客户端程序和服务
器端程序。
? 区别,网上传输量的大小。
– C/S方式 只传输请求和结果
– 主 -从方式 传输所有的数据和文件
? 优点,
– 减少了网络的流量和冲突的机率
– 响应快、处理效率高
– 真正体现了分布式处理环境，充分发挥各地系统资源的
作用。
– 在网上支持更多数量的用户
下一页
上一页
停止放映
第 33页
客户机 /服务器应用模式示意图
? ?
?
? ?
网络
客户机
服务器
客户机
客户机
客户机客户机
服务器
端程序
客户机
端程序
C/S计算模式是 90年代计算机系统主流计算模式。
下一页
上一页
停止放映
第 34页
（ 3）网络计算模式
? 在分布式 C/S方式下，计算（处理）对于通信的依赖越
来越大。因此，通信的效率直接影响到 C/S计算模式的
效率。一种新的计算模式 —— 网络计算模式 应运而生。
? 特点,以 WWW（ World Wide Web环球网）、主页
文档标准化（ HTML超级文本描述语言）和 Java语言三
大技术的成熟为标志。
– 每个用户都成了资源无限大的世界计算机的终端；
– 大量复杂的计算可在超级计算机上完成；
– 几乎所有软件工具、应用软件都可以在网上下载；
– 网上提供的服务应有尽有；信息资源取之不尽用之
不竭；
– 应用程序开发人员两极分化。
下一页
上一页
停止放映
第 35页
网络计算模式示意图
Internet
网络
LAN 几 m~10km4MB~10MB
WAN
100km~1000km
9.6KB~4.5MBMAN
几 km~100km
56KB~4.5MB
服务器
下一页
上一页
停止放映
第 36页
客户端程序开发人员
? 程序开发越来越简单，除了写一个程序头和程
序尾外，核心程序均由对各种服务的请求组成。
传统的编程技术和技巧已非常次要，重点转到
专业应用技术本身。对计算机技术和通信技术
基本上不要求精通，只略知用法即可。
? 应用者的基本素质：
善于将各种服务器的服务功能组织到本专业
的应用（即目标系统）上，提出合理的解决方
案。
下一页
上一页
停止放映
第 37页
服务器端程序人员
? 则恰恰相反，要求他们从软件到硬件，从理论
到实践都非常精通。他们掌握传统的软件开发
技术，精通多媒体、网络、数据库、通信、人
工智能、集成技术以及各种软件工具。这样的
人越来越少。这正好说明计算技术的成熟，它
已成为人类处理信息得心应手的工具。
? 计算技术发展到 Internet，网络时代已经进入
成熟期，应该说，人们方便地使用计算机的时
代即将到来。
下一页
上一页
停止放映
第 38页
发展趋势：
? 实现四通八达的信息高速度,Internet进
入家庭。
? 通过网络，实现“信息垂手可得”，提
供应有尽有，尽善尽美的服务。
? 未来十年内，电信、计算机、广播电视
三网合一将成为趋势，人们从三合一的
网上能真正享受超媒体信息服务。
? 用得起，离不开。
下一页
上一页
停止放映
第 39页
今后计算机网络具有的特点
? 开放性
使不同硬件环境、不同网络协议的网互连，真
正达到资源共享、数据通信和分布处理的目
的。
? 智能化
多方面提高网络的性能和综合的多功能服务，
真正以分布和开放的形式向用户提供服务。
? 高性能
追求高速、高可靠性和高安全性，采用多媒
体技术，提供文本、声音、图象等综合服务。
下一页
上一页
停止放映
第 40页
常用、主流 OS简介
?MS-DOS
?UNIX
?WINDOWS
下一页
上一页
停止放映
第 41页
MS-DOS
MS-DOS 16位机、基于字符（命令行）方式的 OS
? 1970年 美国 INTEL公司研制出地 1个微处理器；
1974年诞生 80系列芯片 80X（ 8080,8086、
80186,286,486）；如今改为以,Pentium”为
其产品系列号。
? 1974年美国 APPLE公司推出第 1台微机（ 8088芯
片），采用 Macintosh操作系统；
? 1981年世界最大的计算机公司 IBM推出第 1台 IBM-
PC机，它购买 Microsoft公司的 MS-DOS作为其
PC机的 OS，定名为 PC-DOS。由于 MS-DOS采取
开放的策略，使其占据了 PC机的主要市场份额，
成为 PC的主流 OS。
下一页
上一页
停止放映
第 42页
UNIX
UNIX 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 。
下一页
上一页
停止放映
第 43页
WINDOWS
WINDOWS 32位以上高档微机的, 多任务,
基于图形界面的主流 OS
? 1983年 11月, MICROSOFT公司推出
WINDOWS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。
下一页
上一页
停止放映
第 44页
WINDOWS的特点
1,图形界面, 窗口, 菜单操作方式
2,多任务操作
3,功能强大的内存管理
4,支持动态数据交换 （ DDE） 和动态连接库
（ DLL）
5,支持鼠标操作
6,支持网络功能
7,支持 GBK大字符集 （ 2万多汉字字符 ）
8,系统庞大, 开销大, 启动, 关机慢
下一页
上一页
停止放映
第 45页
三、操作系统的分类
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 在较短时间内即使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。
下一页
上一页
停止放映
第 46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
下一页
上一页
停止放映
第 47页
一、文件的概念及分类
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。
下一页
上一页
停止放映
第 48页
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,。
下一页
上一页
停止放映
第 49页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 50页
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）：
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。
下一页
上一页
停止放映
第 51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
下一页
上一页
停止放映
第 52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。
下一页
上一页
停止放映
第 53页
举例
*,EXE 表示所有扩展名为,,EXE”的文件。
例如,FDISK.EXE,TREE.EXE,SCANDISK.EXE
等都包含在匹配范围内。
L？？, PRG 表示,L”打头、后两位可以是任
意字符的文件。
例如,L1.PRG, L11.PRG, LLL.PRG, Lgh.PRG
等都属于该范围。
下一页
上一页
停止放映
第 54页
文件分类
根据文件的不同用途或文件中信息的特征，可以将
文件划分为不同的类型。
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。
下一页
上一页
停止放映
第 55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。
下一页
上一页
停止放映
第 56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。
下一页
上一页
停止放映
第 57页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 58页
文件系统必须解决的问题
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。
下一页
上一页
停止放映
第 59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或 1024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。
n
下一页
上一页
停止放映
第 60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：
? 文件特征信息，用于管理和操作控制；
? 文件体,是文件的实际内容信息。
目录：
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。
下一页
上一页
停止放映
第 61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。
下一页
上一页
停止放映
第 62页
文件属性
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
下一页
上一页
停止放映
第 63页
UNXI目录项内容
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
下一页
上一页
停止放映
第 64页
2、文件系统的组织
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 65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。
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 66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。
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。
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。
引导区 FAT1 FAT2 FDT 第 1簇 第 2簇 …..,DATA 区
下一页
上一页
停止放映
第 67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
??????
??????
??????
下一页
上一页
停止放映
第 68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。因为 UNIX是小型机、多用户的
OS，因此其文件系统的功能比 DOS系统要
强得多，系统构成也复杂得多。
? UNIX系统的特点之一是文件和设备的一致
性。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。
下一页
上一页
停止放映
第 69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。
下一页
上一页
停止放映
第 70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）。
下一页
上一页
停止放映
第 71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
下一页
上一页
停止放映
第 72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。
下一页
上一页
停止放映
第 73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。
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 128 个地
址，可对应 128 个存储块。
三级间接寻址 用 addr[12]作为三次间接寻址，共 128 个。
最大文件长度 =0.5KB*(10+128+128 + 128 ) <= 2GB
2
3
2 3
下一页
上一页
停止放映
第 74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
??? ??? ???
???
下一页
上一页
停止放映
第 75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
? 防止文件被有意或无意的破坏。
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一类的单用户 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。
下一页
上一页
停止放映
第 76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。
下一页
上一页
停止放映
第 77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,。
下一页
上一页
停止放映
第 78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；
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。
下一页
上一页
停止放映
第 79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。
下一页
上一页
停止放映
第 80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。
下一页
上一页
停止放映
第 81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
下一页
上一页
停止放映
第 82页
举例
-rwxr--r-- 1 bin bin 2208 May 28 1991 /etc/rc
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。
链
接
数
权
限
所
有
名
组
名
文
件
长
度
日
期
文
件
名
下一页
上一页
停止放映
第 83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。
下一页
上一页
停止放映
第 84页
Windows98文件系统类型
? FAT Windows98文件系统仍支持 MS-DOS的 FAT
? VFAT 在保护模式下运行的一个扩展并经改进的系
统。虚拟 FAT实际上只是应用程序和磁盘上 FAT之间
的一个界面，磁盘仍用 FAT结构。它同一个虚拟
VCACHE配合工作，可改善文件的 I/O性能。
? CDFS Windows98支持 ISO-9660标准的 CD-ROM
文件系统，提供 32位保护模式下的驱动程序 CDFS。
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 85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
下一页
上一页
停止放映
第 86页
一、基本概念
? 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
下一页
上一页
停止放映
第 87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 。
下一页
上一页
停止放映
第 88页
程序顺序执行举例一
设有一个程序有三个程序段，分别执行
I（输入）,C（计算）和 P（输出）操作。
执行顺序为：
I C P
只有‘输入’了数据,才能‘计算’这些
数据，也只有‘计算’产生了结果，才能
‘输出’它们。这些逻辑关系（顺序）是不
能随意改变的。
结果数据
下一页
上一页
停止放映
第 89页
程序顺序执行举例二
假设有 n个作业，每个作业都由三个程序段：输
入段 Ii、计算段 Ci、输出段 Pi。在早期单道程序
系统中，作业执行流为：
作业 1 I1 C1 P1
作业 2 I2 C2 P2
作业 n In Cn Pn
作
业
执
行
顺
序
下一页
上一页
停止放映
第 90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。
下一页
上一页
停止放映
第 91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。
下一页
上一页
停止放映
第 92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。
下一页
上一页
停止放映
第 93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
下一页
上一页
停止放映
第 94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 。
下一页
上一页
停止放映
第 95页
程序并发处理特征
1、失去了程序的封闭性，请分析下列程序
begin 用 cobegin和 coend表示程
N,integer 序能并发执行。
N,= 0
cobegin
begin begin
L1,program A L2,program B
N,= N + 1 print N
goto L1 N,=0
end goto L2
coend end
end
并发程序段 A 并发程序段 B
下一页
上一页
停止放映
第 96页
程序与计算结果不再一一对应
? 程序在顺序执行时，程序与,计算,间有着
一一对应的关系。
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 97页
程序并发执行时的相互制约
程序 1,I1 C1 P1
程序 2,I2 C2 P2
程序 3,I3 C3 P3
从图中可以看出,P1,C2和 I3是并发执行的程序段。如果 C1
未完成,P1和 C2就无法执行。
还可以看出,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。
Tt1 t3t2
下一页
上一页
停止放映
第 98页
失去了程序的封闭性（续）
分析：
? 若先执行程序 A,N值大于 0；再执行程序 B
时，先输出一个大于 0的 N值，然后,N值变
为 0。
? 若先执行程序 B,N值等于 0，先输出一个 0
的 N值；再执行程序 A时,N值变为 1。
? 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？
下一页
上一页
停止放映
第 99页
2、进程及有关概念
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 。
下一页
上一页
停止放映
第 100页
进程的概念
? 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：
? 进程是可以和别的计算并发执行的计算；
? 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；
? 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；
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 101页
进程的特征
进程具有两个重要特征：
（ 1）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。
（ 2）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。
下一页
上一页
停止放映
第 102页
进程的性质
1）动态性 描述程序在执行过程中的全部活动；
2）并发性 OS同时接受和处理多个进程；
3）异步性 不同进程在逻辑上相互独立，有各的
运行“轨迹”；
4）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。
下一页
上一页
停止放映
第 103页
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。
– 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。
下一页
上一页
停止放映
第 104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
等待资源
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。
下一页
上一页
停止放映
第 105页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 106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。
? 根据什么标准选择怎样的进程投入运
行？如何管理不同类型进程的资源？
采用什么策略进行分配资源？
… 。
? 这些都是进程管理的问题。
下一页
上一页
停止放映
第 107页
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。
? 为便于对进程进行管理，进程具有特殊
的构成形式。
下一页
上一页
停止放映
第 108页
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 。
下一页
上一页
停止放映
第 109页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 110 页
进程控制块 PCB的组织形式
为了便于对进程调度管理，必须对进程进行合理
的组织。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
下一页
上一页
停止放映
第 111 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
下一页
上一页
停止放映
第 112 页
PCB线性表的特点
1、简单、易实现
2、插入、删除操作费时
3、随机查找
????PCB1 PCB2 PCB3??? PCBi PCBi+1
删除
后面的元素统统
前移一个位置
下一页
上一页
停止放映
第 113 页
PCB链表结构
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
下一页
上一页
停止放映
第 114 页
PCB链表的特点
1、插入、删除操作简单
2、需要增加额外的存储空间，实现较复杂
（存放地址指针）
3、顺序查找
插入
操作
PCB5PCB4
PCB1 PCB2
PCBi
PCB6删除
操作
删除
下一页
上一页
停止放映
第 115 页
进程调度的任务及功能
? 进程调度任务
– 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。
? 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。
– 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。
– 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。
下一页
上一页
停止放映
第 116 页
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。
下一页
上一页
停止放映
第 117 页
进程调度算法
? 考虑进程调度算法的因素有：
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？
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 118 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。
下一页
上一页
停止放映
第 119 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）
下一页
上一页
停止放映
第 120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。
下一页
上一页
停止放映
第 121页
线性方式规则
? 当 0<a<=b时, 若所有进程进入系统时赋予相
同的优先数，则先进入系统的作业其优先数最高，
先得到 CPU（ FCFS）。
?当 a<=b<0时,是后来先服务（ LCFS）。
?当 a=b时,就绪队列进程优先数不变；正在
执行的进程每提出一次 I/O请求后，其 b便自
动增加 1，这种优先数反映了 I/O请求的频率；
可使 I/O保持很高的利用率。
下一页
上一页
停止放映
第 122页
轮转法 (动态法）
? 先将就绪态进程按 FCFS规则排成一个队列，
将 CPU划分为等长的时间片，分配给队列中
的每个进程。
? 进程在运行了一个时间片 q后，排至队尾，
如此循环。
? 时间片 q 的取值为：
q 过小，系统开销增加；
q 过大，又退化为 FCFS法。
一般来说,q 值取为, q = 100ms 为宜。
下一页
上一页
停止放映
第 123页
改善的轮转法 (动态法）
? 将固定时间片改为可变时间片，
其中,T 为响应时间,N max 为就绪队列中允许
的最多进程数。
? 将单就绪队列改为多就绪队列，从而形成多就绪队
列轮转法。
T
Nmaxq =
下一页
上一页
停止放映
第 124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。
下一页
上一页
停止放映
第 125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
下一页
上一页
停止放映
第 126页
WINDOWS’98 的进程管理
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 127页
用户接口
? 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。
? 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
下一页
上一页
停止放映
第 128页
人机界面（ HCI-Human Coputer Interface）
? 用户接口实质上是提供了一个人机界面，包括：
– 基于字符界面的接口
– 基于图形用户界面接口（ GUI-Graphical User Interface）
– 多媒体接口
– 其他特殊类型的接口
用
户
接
口
图形用户接口
多媒体型接口
字符型及其他特殊型接口
基于 MOTIF
基于 Windows
普通
用户
接口
规范
系统级或域级用户接口规范
系统级或域级用户接口规范
用户接口标准体系
下一页
上一页
停止放映
第 129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，是一套可以
实现图形用户接口的工具。目前流行的基于 X实现
的用户接口风格是 Athena,Motif和 Open Look。
? 某些特殊的接口（如嵌入式系统、手持设备）由于
操作、技术或物理的限制，可能需要使用基于字符
或其他的接口，这些特殊接口将由系统级用户接口
规范进一步细化和补充。
? 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。
下一页
上一页
停止放映
第 130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。
下一页
上一页
停止放映
第 131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。
? Windows的用户接口对象包括：
窗口（标题栏、菜单栏、工具条、客户区、滚动条、滚动块、
状态栏）、菜单（图标、快捷键、级联菜单等）、对话
框（命令按钮、单选项、复选框、列表框、下拉菜单、
文本框、数值框、组合框、选项卡）消息框（提示、警
告、对话窗口）等。
下一页
上一页
停止放映
第 132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
为变成接口。
下一页
上一页
停止放映
第 133页
程序员接口 API示意图
? 如今,Windows API已经成为流行的应用程序接口。
Windows API主要采用动态炼接库 DLL和虚拟设备驱动程序
VXD的方式提供。而 UNIX和 DOS系统的程序员接口则主要采
用静态类库的方式提供，在程序编译时才将代码加入可执行
程序中。
应用系统
窗口系统 X11R5/Windows
应用编程接口 API
用户接口服务
操作系统
字符型
接口或
其他接
口
对外
管理
Windows
CDE1.0
窗口
管理
Windows
Motif/1.2
下一页
上一页
停止放映
第 134页
三种典型 OS的特点及比较
? MS-DOS
? UNIX
? WINDOWS
下一页
上一页
停止放映
第 135页
MS-DOS
? MS-DOS 16位机、基于字符（命令行）方式的 OS
? 1970年 美国 INTEL公司研制出地 1个微处理器； 1974年诞生 80
系列芯片 80X（ 8080,8086,80186,286,486）；如今改
为以,Pentium”为其产品系列号。
? 1974年美国 APPLE公司推出第 1台微机（ 8088芯片），采用
Macintosh操作系统；
? 1981年世界最大的计算机公司 IBM推出第 1台 IBM-PC机，它购
买 Microsoft公司的 MS-DOS作为其 PC机的 OS，定名为 PC-
DOS。由于 MS-DOS采取开放的策略，使其占据了 PC机的主
要市场份额，成为 PC的主流 OS。
? MS-DOS操作系统的特点,
1) 系统简单,层次性强
2) I/O重定位
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
下一页
上一页
停止放映
第 136页
UNIX
UNIX 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 。
下一页
上一页
停止放映
第 137页
UNIX操作系统特点
⑴ 多用户、多任务
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。
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）
下一页
上一页
停止放映
第 138页
WINDOWS
WINDOWS 32位以上高档微机的, 多任务,
基于图形界面的主流 OS
? 1983年 11月, MICROSOFT公司推出
WINDOWS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。
下一页
上一页
停止放映
第 139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 。
下一页
上一页
停止放映
第 140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。
下一页
上一页
停止放映
第 141页
作业
1、思考第 4章的 1~3,12~14。
2、作业第 4章的 6~8,16。
下一页
上一页
停止放映
第 142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 ’
下一页
上一页
停止放映
第 143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！
