计算机基础--软件bit-4

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,*,页,/128,第,4,章 计算机软件基础,第,2,页,/128,本章要点,软件、软件特征、软件分类、软件发展史、软件发展趋势,操作系统、操作系统分类、操作系统功能、文件管理、进程管理、存储管理、设备管理、用户接口,典型操作系统 MS-DOS、Windows、Unix、Linux特点,操作系统基本操作、文件操作、磁盘操作、命令方式操作、安装应用软件操作、系统资源管理操作,第,3,页,/128,了解软件、软件特征、软件技术及发展趋势,了解有关操作系统的基本概念,从资源管理的角度了解操作系统的主要功能（对表格的管理）,了解操作系统的,5,大功能（文件管理、进程管理、存储管理、设备管理、用户接口）,从使用角度了解用户接口,教学目标,第,4,页,/128,4.1,计算机软件概述,4.1.1,软件的基本概念,4.1.2,软件发展史,4.1.3,软件技术发展趋势,第,5,页,/128,什么是软件？,超级计算机“沃森”能够模拟人类的思维方式，甚至在某些领域能够战胜人类，这些行为能力和功能是什么呢？,“沃森”能够模拟人类大脑进行思考、联想、学习、推理、归纳以及抽象等逻辑思维的能力是“软能力”，也即软件的能力，它是无形的，看不见、也摸不着的。,计算机的思维能力就是“软件”的能力。,第,6,页,/128,软件的基本概念,计算机系统由计算机,硬件,和,软件,构成。,计算机神奇的功能是在软件的“指挥”下创造出来的。,软件是各种,程序、数据结构,和有关,文档,的总称。,程序,是：,为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的命令序列的集合；是人们求解问题的逻辑思维活动的代码化描述,程序的最重要的目的是：便于阅读、交流,数据结构,文档,【,课堂举例,】,现实生活中程序的实例。宫爆鸡丁的菜谱。,第,7,页,/128,软件的特征, 软件是一种逻辑的实体，, 软件的生产方式不同。, 软件产品的生命周期不同。, 软件产品受计算机系统的限制。, 软件的开发方式不同。, 软件产品的成本构成不同。, 软件本身是复杂的。,第,8,页,/128,软件分类,第,9,页,/128,软件技术的发展,软件技术伴随计算机技术的发展经历了程序设计、软件系统、软件工程和面向对象软件工程四个时代。,程序设计时代（,20,世纪五、六十年代）,软件系统时代（,20,世纪六、七十年代）,软件工程时代（,20,世纪七十年代以后）,面向对象软件工程时代（,20,世纪八十年代以后）,第,10,页,/128,软件发展史,第一阶段（,20,世纪,40,50,年代）,目标 用最少资源获得最大运算能力,第二阶段（,20,世纪,60,年代）,目标 扩大程序规模以适应更复杂的应用,第三阶段（,20,世纪,70,年代）,目标 解决软件危机,第四阶段（,20,世纪,80,年代）,目标 发展软件复用技术提高软件生产率,第五阶段（,20,世纪,90,年代）,目标 正确的时刻，把正确的信息，安全地送给需要它的人,第,11,页,/128,软件技术发展趋势,1,基于软件复用库的软件重用,2,面向对象技术的进一步发展,3,针对几种中间件平台开发组件交互的标准和基于组件的软件开发,4,模型驱动的软件开发,第,12,页,/128,软件,（,Software,）,随着信息化、网络化和数字化时代的到来，社会对,“,软件,”,的需求激增。如今，世界发达国家都把软件列为国家发展的关键技术领域。,美国国家关键技术委员会将,软件,列为六大关键技术之一；,欧洲共同体将,“,软件和信息处理,”,列为关键技术；,我国把信息产业放在优先发展的地位，看作是中国发展高新技术、赶超世界先进水平的一次千载难逢的机遇。,第,13,页,/128,Roger S. Pressman,对软件的认识,“,计算机软件已经成为一种驱动力,。它是进行商业决策的引擎；它是现代科学研究和工程问题寻求解答的基础；它也是鉴别现代产品和服务的关键因素。它被嵌入在各类系统中：交通、医疗、电信、军事、工业生产过程、娱乐、办公、,难以穷举。软件在现代社会中确实是必不可少的。而我们在进入,21,世纪，,软件将成为从基础教育到基因工程的所有领域新进展的驱动力,。,”,第,14,页,/128,4.2,操作系统概述,什么是操作系统,操作系统功能,操作系统分类,操作系统的特征,典型操作系统简介,第,15,页,/128,操作系统概述,操作系统（,Operating System，OS）,是一组控制和管理计算机软、硬件资源、为用户提供便捷使用计算机的程序的集合。,OS,是硬件与其他软件系统的接口；,OS,是用户和计算机之间进行,“,交流,”,的界面（窗口）。,OS,对资源的管理实际上是对数据结构（表格）的管理。,第,16,页,/128,计算机系统平台,计算机系统是由硬件和软件组成的。,硬件,是,物理设备和器件的总称。硬件是用来完成信息变换、信息存储、信息传输和信息处理的物质基础。,软件,是计算机程序及相关文档的总称。软件是用来描述实现数据处理的规则和流程。,没有安装软件的计算机被称为,“,裸机,”,，而裸机是无法进行任何工作的。,第,17,页,/128,为什么要有操作系统？,从用户角度来看，计算机系统应该是一个稳定的、对用户友好、便于操作的平台。,但是，实际上用户对硬件直接进行操作是极其困难、甚至是不可能的。,怎么办？,对计算机我一窍不通，如何进行操作！？,第,18,页,/128,操作系统和虚拟计算机,用户面对的是一个整体的计算机系统，分为,虚拟机,和,物理机,两个部分。,用户实际操作的是虚拟机，物理机是由,OS,管理和操作的。,优点：将复杂的物理操作剥离并下移，交给,OS,去处理。,用户,打印2份报告！,第,19,页,/128,操作系统的作用,操作系统的主要作用体现在两个方面：,一是管理计算机,；,OS,用来更有效地管理和分配系统的硬、软件资源，使得其能够发挥更大的作用。,二是使用计算机,；用户通过,OS，,无需了解计算机软、硬件的有关细节就能方便地使用计算机。,第,20,页,/128,操作系统功能,进程管理,存储器管理,设备管理,文件管理,用户接口,操作系统,用户接口,设备管理,存储器管理,处理器管理,文件管理,第,21,页,/128,操作系统分类,1批处理系统（,Batch Processing System）,2,分时系统,（,Time-Sharing System）,3,实时操作系统,（,Real Time Operating System）,4,嵌入式操作系统,（,Embedded Operating System）,5个人计算机操作系统（,Personal Computer Operating System）,6,网络操作系统（,Network Operating System）,7,分布式操作系统,（,Distributed Operating System）,OS,种类繁多，但基本目的只有一个：即要实现在不同环境下为不同应用目的提供不同形式和不同效率的资源管理，以满足不同用户的操作需要。,第,22,页,/128,分时,OS,多用户、多道程序共享一个,CPU,的,OS,。,将,CPU,划分为很小的时间片，采用循环轮作方式将这些,CPU,时间片分配给排队队列中等待处理的每个程序的处理方式。,CPU,时间片,程序1,程序2,程序,N,.,程序1,程序3,程序3,程序排队队列,CPU,第,23,页,/128,实时,OS,实时,OS,是,实时控制系统,和,实时处理系统,的统称。,实时控制系统用于过程控制。例如，控制飞行器、导弹发射、飞行过程的自动控制系统。,实时处理系统主要指对信息进行及时的处理。例如，利用计算机预订飞机票、火车票或轮船票等。,第,24,页,/128,嵌入式,OS,是指运行在嵌入式系统环境中，对各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的,OS。,嵌入式,OS,具有通用,OS,的基本特点，能够有效管理复杂的系统资源。,应用范围广泛，例如，制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面的应用。,第,25,页,/128,分布式,OS,分布式操作系统是指通过网络将大量计算机连接在一起，以获取极高的运算能力、广泛的数据共享以及实现分散资源管理等功能为目的的一种,OS。,它的优点是：,分布性,。它集各分散结点计算机资源为一体，以较低的成本获取较高的运算性能。,可靠性,。由于在整个系统中有多个,CPU,系统，因此当某一个,CPU,系统发生故障时，整个系统仍旧能够工作。,第,26,页,/128,操作系统的特征,1,.,并发性,。,可以同时执行多个程序。,2,.,共享性,。,多个并发执行的程序可以共同使用系统的资源。,3,.,虚拟性,。,是把逻辑部件和物理实体有机结合为一体的处理技术。通过虚拟技术，可以实现虚拟处理器、虚拟存储器、虚拟设备等。,4,.,不确定性,。,由于系统共享资源有限，并发程序的执行受到一定的制约和影响。,第,27,页,/128,典型操作系统简介,1,MS-DOS,是美国,Microsoft,公司为16位字长计算机开发的、基于字符（命令行）方式的单用户、单任务的个人计算机,OS。,2,WINDOWS,是,Microsoft,开发的一个多任务的,OS，,它采用图形窗口界面，使用户对计算机的各种复杂操作只需通过点击鼠标即可轻松地实现。,3,UNIX,是通用、交互式、多用户、多任务应用领域的主流,OS,之一，是被业界公认的工业化标准的,OS。UNIX,也是目前惟一能在各种类型计算机的各种硬件平台上稳定运行的,OS。,4.,Linux,是20世纪90年代推出的一个多用户、多任务的,OS。,它与,UNIX,完全兼容，具有,UNIX,最新的全部功能和特性。,Linux,的设计是为了在,Intel,微处理器上更有效的运行。它的最大特点在于它是一个源代码公开的免费,OS，,其内核源代码可以免费传播。,第,28,页,/128,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80,X（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。,第,29,页,/128,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。,第,30,页,/128,WINDOWS,WINDOWS,是高档微机、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，推出,WINDOWS 3.1,(,不是独立的,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,。,2000,年2月推出,Windows 2000,，,它是构建在,Win,NT,核心之上，比,Win,9x,快25%，安全性、可靠性更高。,2001年又推出,Windows Me,，,它是面向家庭用户的,OS（Win,98,升级版）。,2001年10月25日推出了,Windows XP,。,“,XP,”,是英文,“,体验,”,（,e,XP,erience）,的缩写，代表全新的计算体验。,2005,年,7,月,22,日微软对外宣布提出新一代操作系统,Vista,。,第,31,页,/128,2000年2月,Microsoft,公司发布,Windows 2000。,Windows2000,是构建在,Windows NT,核心之上，继承了,Windows 98,友好用户界面的全新的操作系统。,稳定性更高,与微软公司以前的,OS,相比，稳定性是,Windows 2000,最大的特点；,运行效率更佳,测试结果表明，在配置了64,MB（,或更大）内存的机器上，运行速度比,Windows 9X,快25%。同时也降低了应用程序运行失败和系统意外重启动的机率；,安全性更好,文件保护机制可以防止核心的系统文件被有意或无意地删除或改写覆盖；,管理使用更加方便,增加了,“,活动目录,”,，用户可以使用活动目录来组织和管理系统资源；,硬件设备支持更好,支持多达4,GB,的内存和两路对称处理器，使更多硬件设备的安装工作自动化。,Windows 2000,概述,第,32,页,/128,2001年10月25日,Microsoft,公司发布了,Windows XP,。Windows XP,开发经历了6年，投入5000名软件工程师，耗资2.5亿美元。,“,XP,”,是英文,“,体验,”,（,e,XP,erience）,的缩写，代表着,Windows,和,Office,在包容覆盖广泛设备的,Web,服务之后将给用户带来丰富的、充分扩展的全新计算体验。,微软公司董事长兼首席软件设计师比尔,盖茨指出：,“,它们将使用户更有效地进行交流与合作，更富有创造力，工作更有成果，并从技术中领会更多乐趣。,”,Windows XP,是为家用和商业计算设计的新版,Windows，,它将在一个切实的基础之上，给用户带来提升的,Windows,体验，从而成为一个智能的、互联的、可靠的软件引擎。,Windows Xp,概述,第,33,页,/128,Windows XP,采用,Windows NT2000,的技术核心，其特点是运行非常可靠、非常稳定。, 用户界面设计焕然一新，用户使用起来非常得心应手。,Windows XP,的运行速度极快，尤其是在处理与多媒体应用有关的计算任务时，比如显示电子影集。, 媒体播放器软件经过了彻底的改造，已经与操作系统完全融为一体，就像是,Windows98,和,IE,浏览器一样。,Windows XP,支持遥控！,Windows XP,的用户界面更加友好。它把家庭联网和数码多媒体应用等多方面的功能全部集成到了系统之中。以前需要专家指点才能完成的工作，现在都已变得非常简单，无论是处理照片、录像还是录制、存储音乐，点点鼠标就行了。, 在设计时充分考虑共享电脑的安全需要。它内建极其严格的安全机制，每个用户都可以拥有高度保密的个人特别区域。,Windows XP,有两种版本，一个是家庭版，另外一个是办公扩展专业版。,Windows XP,的特性,第,34,页,/128,Windows Vista,Vista,是微软的新一代操作系统，以前叫做,Longhorn,。,05,年,7,月,22,日微软对外宣布正式名称是,Windows Vista,。,作为微软的最新的操作系统，,Vista,第一次引入了,“,Life Immersion,”,概念，即在系统中集成许多人性的因素，一切,以人为本,。使得操作系统尽最大可能贴近用户，了解用户的感受，从而方便用户。,Vista,专区带你全面了解接触,Vista,。,2008,年,6,月,30,日起微软停止向,OEM,厂商提供,XP,产品。,第,35,页,/128,XP,和,Vista,优缺点比较,成熟性,：,XP,比较成熟，兼容性、软件支持和操作性等方面都比较好；,Vista,技术还不成熟，与许多软件还不兼容。,环境要求,：,Vista,推荐,2G,内存，要求机器配置较高。,如果是使用了,2,年以上的电脑，最好用,XP,，这样更保险些。,第,36,页,/128,Linux,是一个与,UNIX,完全兼容的、免费的操作系统。它由芬兰人,Linus Torvalds,首创，由于采用开放标准、具有结构清晰、功能简捷等特点，吸引广大用户加入到应用程序开发的行列中来，从而为,Linux,提供了大量优秀软件，已经变成了一个稳定可靠、功能完善、性能卓越的操作系统。,如今，,Linux,已经获得了众多公司的支持（例如，,IBM、SGI、HP、Compaq,等）。,可以预料，,Linux,将会成为,Windows,最强有力的竞争对手。,第,37,页,/128,4.3,操作系统功能概述,4.3.1,文件管理,4.3.2,进程管理,4.3.3,存储管理,4.3.4,设备管理,4.3.5,用户接口,第,38,页,/128,4.3.1,文件管理概述,即使没有多少计算机常识的人都知道：,计算机是专门处理数据的设备。但是，如果说计算机处理的数据，包括处理数据的程序都是以文件的形式存放在计算机中，这样的事实就令人费解了。,第,39,页,/128,1. 文件与文件系统,文件,。特指存放于计算机中、具有惟一文件名的一组相关信息集合。,文件系统,。顾名思义是管理和操作文件的系统。与人工管理文件系统一样,它要解决文件的组织管理,(,分类编目,),在此基础上实现文件操作。,文件系统功能,从管理资源角度看,文件系统应具有下列功能：,解决如何组织和管理文件。,实现文件的,“,按名存取,”,操作机制。,提供文件共享功能及保护措施。,实现用户要求的各种操作。包括文件的创建、修改、复制、删除等。,第,40,页,/128,2. 文件分类,按用途分类：,系统文件,是由系统软件构成的文件。,用户文件,是用户委托文件系统保存的文件。,库文件,指系统提供给用户使用的各种标准过程、函数和应用程序等构成的文件。,按操作权限分类,：,只读文件,指允许对文件读，但不能写的文件。,读写文件,指既能读，又能写的文件。,执行文件,指可以执行，但不允许进行读写操作的文件。,按文件中数据形式分类：,文本文件,通常是由,ASCII,字符或汉字组成的文件。,可执行文件,是计算机系统可以直接识别并执行的文件。,按信息流向分类：,输入文件,是指通过输入设备向主存中输入数据的文件。,输出文件,是指通过输出设备从主存向外输出的文件。,第,41,页,/128,3. 文件的组织结构,文件管理涉及文件组织和文件操作两个问题。,换位思考：,管理文件的不是我们，而是,FS,。到底采用什么样的组织形式才便于,FS,对文件进行操作呢？,在计算机中文件组织形式有两种视图：,从用户视角看到的被称为文件的,逻辑结构,，用户按文件的逻辑结构组织自己的文件信息；,从系统实现视角看到的被称为文件的,物理结构,，文件系统是按不同的物理结构对文件信息进行组织和管理的。,第,42,页,/128,文件的逻辑结构,文件的逻辑结构分为两种形式：,一种是有结构的,记录式文件,，它由一组相关记录组成。文件中的记录可按顺序编号为记录1、记录2、,、记录,n。,例如，数据库文件。,另一种是无结构的,流式文件,，它是指由字符序列集合组成的文件。,例如，一个,Word,文件。,在,UNIX,中，所有文件都被看作是流式文件，包括打印机、显示器等,I/O,设备。,示例,示例,第,43,页,/128,文件的物理结构,指文件在存储设备上的存放形式。,文件在逻辑上是连续的，但在存储设备上存放时却有几种不同形式：,连续文件,。又称顺序文件。其特点是文件存放在存储设备的相临的物理块中，即连续存放。,串联文件,。又称链表文件。它采用非连续的物理块来存放文件信息，将文件的所有物理块串联组成一个链表，块之间通过指针链接。,索引文件,。索引文件要求系统为每一个文件创建一张索引表，索引表的表项给出文件的逻辑块号和物理块号的对应关系。,Hash（,散列）文件,。它采用计算寻址方法，将记录键值通过,Hash,函数计算转换成相应记录的地址。,示例,第,44,页,/128,文件的目录结构,文件组织体系中还包括文件的目录结构。,用户使用的是文件的,逻辑结构,，系统使用的是文件的,物理结构,，在两种不同的组织结构之间似乎应该有衔接的纽带。,衔接的纽带就是,文件的目录结构,。,通过文件的目录结构，将文件的逻辑结构和文件的物理结构联系在了一起。,第,45,页,/128,解决了文件的组织存放问题，很自然就会联想到如何存取文件中的信息了。,常用的存取方法有：,顺序存取法,按照文件的逻辑地址顺序存取。如果当前记录为,R,i,，,则下一次要存取的记录为,R,i+l,。,随机存取法,是指允许跳跃式地随意存取文件中的任何记录。,按键存取法,是根据给定的关键字进行存取。在这种方法中，记录不是按记录号排序，而是按指定关键字的逻辑顺序排列。,4. 文件存取,示例,示例,示例,第,46,页,/128,5文件控制,文件系统中存放着众多的文件，使人联想到如何对文件进行保护、免受无意或恶意的破坏？一个文件如何为多用户共享？,这些都涉及到对访问文件的用户如何进行有效控制的问题。,第,47,页,/128,文件系统功能图,文件系统,文件组织,流式文件,记录式文件,物理结构,连续文件,串联文件,索引文件,Hash,文件,目录结构,文件操作,文件控制,文件共享,文件保护,文件开、关、,增、删、改、,复制、更名,顺序存取,随机存取,按键存取,文件存取,逻辑结构,第,48,页,/128,二、文件目录结构,为了实现对文件的有效管理，要对它们进行周密的组织。采用树形文件目录结构是常用一种文件组织形式。,文件系统的目录结构的作用与图书中目录的作用完全相同，是为了实现快速检索。同时，对文件目录管理还要求具有：,按名存取,快速检索,通过合理组织目录结构，实现快速检索。,文件共享,允许多个用户共享一个文件。,允许文件重名,允许不同用户按自己的习惯和实际需要命名文件。,第,49,页,/128,1文件控制块（,FCB）,为便于管理，在文件系统中采用文件控制块,FCB,来存放文件的特征信息，并通过,FCB,来管理文件。一般,FS,的,FCB,包括了文件的特征信息，如文件名、文件类型、存储位置、长度、访问权限、文件建立日期和时间等。,在文件系统中，每个文件在,FCB,中都有一个目录项。,第,50,页,/128,2文件目录结构,由于文件系统中文件数量多，因此文件目录通常是存放在外存中。,文件目录的形式：,一级目录结构,二级目录结构,三级目录结构,第,51,页,/128,一级目录结构,是在整个系统中只建立一个目录表，每个文件占据其中的一个表项。它能够实现,“,按名存取,”,且简单，但是查找速度慢、不允许文件重名，也不便于实现文件共享。因此，一级目录结构只适用于单用户环境。,二级目录结构,为了管理，创建两个表；一个是用户文件目录表，每个用户一个表，表中存放该用户所有文件的,FCB,信息；另一个是主文件目录表,MFD，,每个用户目录文件占一个表项，表项中存放用户名以及指向该用户目录文件的指针。,二级目录结构,第,52,页,/128,多级目录结构,将二级目录的层次关系加以推广就形成了多级目录，也称为树形目录结构。,现代文件系统中多采用树形目录结构。,根目,录,子目录,文件,第,53,页,/128,三、文件存储空间管理,文件存储空间管理是文件系统的重要工作之一。文件是存放在外存中，因此文件存储空间管理实际上是对磁盘空间的管理。,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,文件的实际内容信息。,第,54,页,/128,磁盘是典型的输入输出设备。在,FS,中，磁盘存储空间被划分为,“,块,”,，,FS,以块为单位直接对磁盘上的任意一个物理块进行存取操作。,磁盘的每个盘片的两个表面都涂附了一层磁性材料，作为存储信息的介质。读写磁盘时，磁头直接接触盘面。,为便于寻址，每个盘面划分出许多不同半径的同心圆，称为磁道，每条磁道上又划分出等分的区段，称为扇区。磁道和扇区都分别编号。,硬盘的磁道、扇区示意图,扇区,磁道,0 1 2,i,1,2,3,i,1磁盘结构,第,55,页,/128,2文件存储空间的管理,用户是通过,FS,实现对文件的操作，确切地说是对磁盘中的文件进行操作的。,对文件操作时，用户只要指定文件名（路径）即可，具体操作的实现都是由,FS,自动完成的。,FS,首先对磁盘中存储块进行管理，包括建立空闲存储块表、对可用存储块进行分配、回收不用的存储块等。,文件存储空间管理方法有：空闲块目录、空闲区表、空闲块链以及位示图等。,文件存储空间管理示意图,第,56,页,/128,空闲块链举例,该方法利用指针将所有空闲块链接成一个空闲块链表。通过对空闲链表的操作，实现对磁盘中空闲块的管理。,例：宾馆的客房管理就是采用类似方法。,第,57,页,/128,四、文件共享与文件保护,文件共享,多个用户同时使用一个文件。,现代文件共享方法，就是解决在一个文件副本的情况下多用户共享的技术和方法。不同的是，共享的范围不断扩大，从单机系统、多机系统、局域网系统，到现在的互联网范围中的文件共享。,文件保护,实际上有两层含义：文件保护和文件保密；文件保护是指避免因有意或无意的误操作使文件受到破坏；文件保密是指未经授权不能访问文件。,文件共享示意,图,第,58,页,/128,存储管理概述,存储管理方法,虚拟存储器,存储管理是,OS,的又一重要功能。存储管理,涉及哪些功能呢？如何管理存储器的分配？,如何提高存储管理的效率,？,4.3.3,存储管理,第,59,页,/128,一、存储管理概述,存储器管理主要有4个功能：,存储分配,。按分配策略和算法分配主存空间；,地址变换,。将程序在外存中的逻辑地址转换为在内存中的物理地址；,存储保护,。保护各类程序（系统的、用户的、应用程序的）及数据区免遭破坏；,存储扩充,。解决在小的存储空间中运行大程序的问题，即虚拟存储问题。,第,60,页,/128,1.存储分配,直接分配,在源程序中直接使用主存的物理地址。对用户要求高、使用不方便、易出错。早期计算机系统中使用。,静态分配,在装入内存前，一次性说明程序所需要的地址空间。确定后在整个程序执行过程中不再改变。简单、利用率低、难于实现多道程序对资源的共享。,动态分配,在程序被装入主存或在执行过程中，才确定其存储分配。管理复杂、但利用率高，容易实现主存的资源共享。,在现代操作系统中，主要采用动态分配方式。,第,61,页,/128,2.地址变换,由源程序中的,符号名空间,目标程序的,逻辑地址空间,主存中的,物理地址空间,。,int a;,float b;,char c;,2,FF0,a,的绝对地址,3,EC0,b,的绝对地址,c,的绝对地址,4,DAA,0,x,a,的逻辑地址,b,的逻辑地址,c,的逻辑地址,源程序,符号空间,进程,存储空间,目标程序,地址空间,第,62,页,/128,3.存储保护,内存中存放了各类程序。为确保它们在各自的存储区内独立运行，互不干扰，系统必须提供安全保护功能。,用,“,分隔法,”,把各类程序使用区域隔开，使得各类程序之间不可能发生有意或无意损害行为。,存储区域划分为:,用户区域,和,系统区域,系统,区域,用户,区域,主存空间的分区,保护示意图,第,63,页,/128,4.存储扩充,主导思想是：,如何在有限的主存空间中，处理大于主存的程序。,扩充主存常用的有效方法：,“,自动覆盖,”,技术,“,交换,”,技术,“,虚拟存储,”,技术,第,64,页,/128,自动覆盖技术,采用分段方法，将大的程序划分为在主存中可以容纳的独立的逻辑段。每次只调入其中的一段进行处理。后调入的程序使用前面程序使用过的存储空间。,早期程序设计中，经常采用类似的方法处理大的问题。,程序3,程序2,程序1,程序,i,程序1,程序2,程序3,内存,程序,i,第,65,页,/128,交换技术,交换技术的要点是：,根据需要将运行的程序在内、外存之间进行调入或调出的交换；即把执行了一段时间、因故暂停的进程由系统调出主存，以文件的形式存入外存，而将下一个程序装入主存运行。,交换技术是对自动覆盖技术的改进，其目的是为了更加充分地利用系统的各种资源（包括内、外存储器、,CPU,等）。,内存,外存,程序1,OS,请求交换！,转外存,交换,程序1,其他程序2,其他程序,n,其他程序1,装入,其他程序1,第,66,页,/128,虚拟存储器技术,它的基本思想是：,把部分外存空间作为主存使用，以此为用户提供足够大的地址空间,虚存空间。用户可以在这个地址空间内编程，而完全不考虑主存的大小,。,虚拟存储器技术实际上是采用内、外存结合的办法实现的。硬件负责虚实地址的转换；软件负责实存（主存）和虚存（外存）之间的信息调度管理。,虚拟存储器,内存,外存,第,67,页,/128,二、存储管理方法,为了充分、合理地利用主存空间，满足多道程序处理对存储空间的需求，人们在管理方法和实现技术上进行了不断的研究和探索。,让你来分配存储空间，你会怎样分？,方案,A：,整个内存只运行一个程序；问题是,方案,B：,内存分为,N,个大小相等的区域，最多运行,N,个程序；问题是,方案,C：,第,68,页,/128,常用的存储管理的方法,单一连续区分配法,多连续区分配法,分页分配法,分段分配法,第,69,页,/128,1.单一连续区分配法,方法要点：,把主存分为两个固定的存储区域；一个固定地分配给,OS，,另一个分配给用户程序。,已分配空间,OS,区域,用户,区域,自由空间,特点：,定位容易，使用简单,在多道程序处理情况下，主存资源利用率低、浪费大。,第,70,页,/128,2.多连续区分配法,方法要点：,把主存空间划分为若干个连续的区域，为便于管理，建立空间分区表。,方法分类：,采用,“,固定分区,”,和,“,变长分区,”,法。,第,71,页,/128,固定分区,在程序前，把主存划分为几个固定大小的连续区域；,建立一个分配表，记录每个分区的大小、区号、起始地址、及占用标志等信息。,在调度时，根据分区表来确定程序的重定位地址。,第,72,页,/128,固定分区示意图,区号,长度,起址,状态,1 8,K 20K,已分,2 14,K 30K,已分,3 28,K 50K,已分,4 76,K 80K,未分,分 区 表,操作系统,作业,A,作业,B,作业,C,第1分区,第2分区,第3分区,未分区,20,K,30K,50k,80K,主存“垃圾”,第,73,页,/128,3.分页管理法,方法要点：,将主存空间按定长划分为页，与存储空间的存储块一一对应。通过对页表和程序表的管理，实现对程序管理的目的。,硬件支持：,自动将地址空间划分为两部分：,页号+页内偏移,第,74,页,/128,分页管理法示意图,程序号 页表长,页表起址,状态,2 3 1032 已分,1 3 1024 已分,3 2 1040 已分,4 ,空表目,程序表,程序,C,页号 块号,0 7,1 10,程序,B,页号 块号,0 2,1 3,2 8,页号 块号,程序,A,1 5,2 6,0 4,第,75,页,/128,4.分段管理,方法要点：,将程序按逻辑功能分段，分别存放。每个程序段内的逻辑地址是二维空间的地址（段，段内偏移量）。,通过分段表以及硬件机构将二维地址空间的逻辑地址转换为一维主存空间中的物理地址。,第,76,页,/128,分段管理举例,有一个程序划分为如下图所示4段：,CALLSUB |,转到子程序,SUB,中的入口处“,Y”;,LOAD 1,DATA| 6,将数据区,DATA,的第6单元的值读入寄存器1;,STORE 1, WORK|,将寄存器1的内容存入,WORK,中,C,单元。,0,1,K,0,500,0,300,0,200,主程序,子程序,SUB,数据块,DATA,工作区,WORK,CALLSUB |,LOAD 1,DATA| 6,STORE 1,WORK|,Y,：,6：,1234,C,：,第,77,页,/128,4.3.5,用户接口,用户接口概述,用户接口分类,操作系统为计算机硬件和用户之间提供了交流的界面。用户通过操作系统告诉计算机执行什么操作，计算机系统为用户提供执行各种操作的服务，并按用户需要的形式返回操作结果。,用户和计算机之间的这种交流构成完整的、人机一体的系统，将这个系统称为用户接口。,第,78,页,/128,用户接口类型,命令接口,，用户通过交互命令方式直接或间接地对计算机进行操作。,MS DOS：,命令行方式,Windows：,鼠标操作方式,程序接口,，供用户以程序方式进行操作，或,API(Application Programming Interface)，,用户通过,API,函数可以调用系统提供的例行程序，实现既定的操作。,MS DOS：,中断服务功能,Windows：,Windows API,函数,第,79,页,/128,一、用户接口概述,OS,为计算机硬件和用户之间提供了交流的界面。用户通过,OS,告诉计算机执行什么操作，计算机系统为用户提供执行各种操作的服务，并按用户需要的形式返回操作结果。用户和计算机之间的这种交流构成完整的、人机一体的系统，将这个系统称为用户接口。,随着,OS,功能不断的扩充和完善，用户接口更加人性化，呈现出更加友好的特性。,目前，用户接口有两种主要类型：,直接用户接口,通过交互方式用户界面进行人机对话。,间接用户接口,通过批作业或程序方式完成人机交流。,第,80,页,/128,用户界面示意图,用户界面又分为：联机命令接口、图形用户接口以及网络用户接口。,应用程序,操作系统,硬件,系统调用,命令,用户,用户界面,第,81,页,/128,1联机命令接口,以命令形式直接提供给用户在终端上使用的用户接口称为联机命令接口。,联机命令接口。,OS,向用户提供许多联机命令，可将这些命令分为几大类：系统访问磁盘操作文件操作目录操作通信其他。,联机命令方式。,命令驱动方式。这种方式支持用户通过终端设备输入命令行执行相应的操作。用户输入的命令以及命令执行的结果均显示在终端屏幕上。例如，,MS-DOS,的交互式命令。图形用户方式。用户通过窗口环境、菜单驱动和图标选择方式即可实现各种复杂的操作。操作过程全部是在窗口范围内。例如，,Windows 2000（,或,XP）。,命令文件方式。,这种方式是将一系列操作命令按顺序组成命令文件，执行该命令文件，即可自动执行其中所有的命令。例如，,MS-DOS,批处理文件和,UNIX,系统的,Shell,过程文件。,第,82,页,/128,2系统调用,在计算机系统中，用户不能直接管理系统资源，所有资源的管理都是由,OS,统一管理的。,但用户可以通过程序调用的方式申请使用系统资源，被称为系统调用，或者称为应用编程接口,API。,目前的,OS,都提供了功能丰富的系统调用。,常见的系统调用分类有：,文件管理,。包括对文件打开、读写、创建、复制、删除等操作。,进程管理,。包括进程的创建、执行、等待、调度、撤消等操作。,设备管理,。用于请求、启动、运行、释放各种设备的操作。,进程通信,。用来在进程之间传递消息或信号等操作。,存储管理,。包括存储的分配、释放、存储空间的管理等操作。,第,83,页,/128,二、用户接口分类,1命令界面。,以命令行方式进行对话的界面。对熟练用户而言，操作简捷，可节省大量时间。但对初学者来说，很难掌握。,2菜单界面。,用户通过单击鼠标的方式进行选择。这种方式操作简单、易用，但对于复杂的操作可能会面临选择一系列相关的子菜单，耗费时间。,3图形用户界面,GUI。,以窗口、图标、菜单和对话框的方式为用户提供图形用户界面，例如，,Microsoft Windows。,这种方式易于理解、学习和使用。然而，与命令方式相比，图形用户界面消耗了大量,CPU,时间和系统存储空间。,4专家系统界面。,专家系统界面也称语音激活界面，通过识别自然语言进行操作。显然，专家系统界面是未来用户接口技术发展方向。,5网络形式界面。,网络形式界面是随,Internet,的普及应用应运而生的界面形式。它采用基于,Web,的规范格式，对于有上网浏览经历的用户来说，在这种方式下操作无需任何培训。,