電腦操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)是什么

電腦操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)是什么

　　了解電腦操作系統(tǒng)的一些基本知識(shí)，可以幫助我們更好使用電腦，那電腦操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)有哪些呢?下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家介紹電腦操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),歡迎大家閱讀。

　　電腦操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)

　　1基本概述 操作系統(tǒng)是一個(gè)大型的軟件系統(tǒng)，是為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源(硬件和軟件資源)的利用效率并方便用戶使用的一組程序，這些程序可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以用固件(微程序設(shè)計(jì))實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)的基本特征是并發(fā)與共享。 操作系統(tǒng)是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件上的最基本的系統(tǒng)軟件，位于所有的軟件的最底層，為計(jì)算機(jī)使用者提供了一種良好的操作環(huán)境，也為各種應(yīng)用系統(tǒng)提供了基本的支持環(huán)境。它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中占據(jù)了特殊重要的地位，其它所有的軟件如匯編程序、編譯程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件以及大量的應(yīng)用軟件，都將依賴于操作系統(tǒng)的支持，取得它的服務(wù)。 操作系統(tǒng)通過多任務(wù)并行的手段來達(dá)到多用戶資源共享的目的。

　　1.我們通常主要采用幾種不同的方法來考察操作系統(tǒng)。

　　■ 用戶觀點(diǎn)：可以把操作系統(tǒng)看作是用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口(系統(tǒng)調(diào)用和聯(lián)機(jī)命令); ■ 資源管理觀點(diǎn)：把操作系統(tǒng)看成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者; ■ 進(jìn)程角度：管理核心，對(duì)用戶進(jìn)程和系統(tǒng)進(jìn)程進(jìn)行控制和協(xié)調(diào);

　　■ 分層角度：從系統(tǒng)構(gòu)造的角度出發(fā)，將系統(tǒng)分為若干個(gè)層，彼此依賴; 操作系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)是：中斷和通道，中斷處理一般都在核心內(nèi)完成。 操作系統(tǒng)的類型與功能： 根據(jù)使用環(huán)境和對(duì)用戶作業(yè)處理方式，操作系統(tǒng)的基本類型可以分為3大類：

　　◆批處理操作系統(tǒng)：其特點(diǎn)是先將作業(yè)脫機(jī)輸入到外圍輸入設(shè)備，再由監(jiān)督程序?qū)⒆鳂I(yè)成批調(diào)入系統(tǒng)中進(jìn)行處理。在早期的計(jì)算機(jī)中往往使用這種類型的操作系統(tǒng)。

　　◆分時(shí)操作系統(tǒng)：多個(gè)用戶同時(shí)以會(huì)話方式控制自己程序的運(yùn)行，每個(gè)用戶都感到似乎各自有一臺(tái)獨(dú)立的、支持自己請(qǐng)求服務(wù)的系統(tǒng)。其特點(diǎn)是將CPU時(shí)間輪流分配給內(nèi)存各道作業(yè)使用，直至每個(gè)作業(yè)結(jié)束，這就保證了多個(gè)用戶能在較短時(shí)間內(nèi)與作業(yè)進(jìn)行交互。

　　◆實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：系統(tǒng)往往是專用，系統(tǒng)與應(yīng)用很難分離。其特點(diǎn)是能及時(shí)響應(yīng)外部時(shí)間的請(qǐng)求，并迅速完成對(duì)事件的處理。其設(shè)計(jì)原則是響應(yīng)時(shí)間優(yōu)先于資源利用率。實(shí)時(shí)系統(tǒng)又分成實(shí)時(shí)過程控制和實(shí)時(shí)信息處理兩類。 除了上述這幾類基本系統(tǒng)外，隨著計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，又出現(xiàn)了多處理機(jī)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等等。 操作系統(tǒng)的職能是管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的全部硬件、軟件資源，合理組織計(jì)算機(jī)工作流程，并為用戶提供一個(gè)良好的工作環(huán)境和友好的接口，系統(tǒng)資源管理和提供用戶界面是操作操作系統(tǒng)的功能模塊：

　　◆處理器(機(jī))管理：其主要任務(wù)，是對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配，并對(duì)其進(jìn)行有效的控制和管理。在多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分配以線程為基本單位，因此對(duì)處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對(duì)線程的管理。

　　◆存儲(chǔ)管理：其主要任務(wù)，是為程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲(chǔ)器，提高存儲(chǔ)器的利用率，以及能從邏輯上來擴(kuò)充內(nèi)存。所以存儲(chǔ)管理應(yīng)具有以下功能：內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射和內(nèi)存擴(kuò)充等。

　　◆設(shè)備管理：其主要任務(wù)，是完成用戶提出的I/O請(qǐng)求，為用戶分配I/O設(shè)備;提高CPU和I/O設(shè)備的利用率;提高I/O速度;以及方便用戶使用I/O設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理，以及虛擬設(shè)備等功能。采用通道、控制器和設(shè)備三級(jí)控制方法管理這些設(shè)備;

　　◆文件管理：其主要任務(wù)，是對(duì)用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，以方便用戶使用，并保證文件的安全性。為此，文件管理應(yīng)具有文件存儲(chǔ)空間的管理，目錄管理，文件的讀、寫管理以及文件的共享與保護(hù)等功能。

　　◆用戶接口：為了方便用戶使用操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)向用戶提供命令接口和系統(tǒng)調(diào)用接口，在較晚出現(xiàn)操作系統(tǒng)中又向用戶提供了圖形接口。 1.2 處理機(jī)管理 處理器是計(jì)算機(jī)的心臟，在單用戶系統(tǒng)中或單道系統(tǒng)中，處理器為一個(gè)用戶或一個(gè)作業(yè)服務(wù)，管理簡(jiǎn)單。為了提高系統(tǒng)資源的利用率，引入了多道程序技術(shù)，即多個(gè)程序或作業(yè)同時(shí)運(yùn)行，爭(zhēng)用處理器，要解決處理器的分配調(diào)度的策略。因此引入了作業(yè)、進(jìn)程和線程的概念，基于操作系統(tǒng)對(duì)處理器的管理策略不同，其提供的作業(yè)處理方式也不同，又批處理方式、分時(shí)處理方式、實(shí)時(shí)處理方式、多道成批處理方式和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的處理方式等。 操作系統(tǒng)的核心位于硬件上，核心的目的是提供一種進(jìn)程賴以生存的環(huán)境，其主要任務(wù)就是接受中斷并做基本的處理，在進(jìn)程之間切換處理器，處理進(jìn)程之間的通信。

　　基本的硬件結(jié)構(gòu)是： (1) 中斷結(jié)構(gòu)：為了使輸入輸出活動(dòng)與處理器的活動(dòng)并行，提出了中斷處理程序; (2) 特權(quán)指令：僅供操作系統(tǒng)使用的指令集合; (3) 主存保護(hù)：多道程序系統(tǒng)中，必須對(duì)各進(jìn)程使用的主存加以保護(hù)，以防止其他進(jìn)程的非法操作; (4) 時(shí)鐘：硬件時(shí)鐘以固定的時(shí)間間隔產(chǎn)生中斷信號(hào)，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)處理器的調(diào)度以及實(shí)現(xiàn)與時(shí)間有關(guān)的任務(wù)不可或缺;

　　1.3進(jìn)程概念： 進(jìn)程在操作系統(tǒng)中是一個(gè)十分重要的概念。進(jìn)程是可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程?？梢哉f，進(jìn)程是運(yùn)行中的程序，是程序的一次運(yùn)行活動(dòng)。相對(duì)于程序，進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，而程序是靜態(tài)的概念。 進(jìn)程具有5個(gè)基本特征： ■ 動(dòng)態(tài)性： ■ 并發(fā)性： ■ 獨(dú)立性： ■ 異步性： ■ 結(jié)構(gòu)特征： 在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程是進(jìn)行系統(tǒng)資源分配、調(diào)度和管理的最小單位。另外需要注意的是，現(xiàn)代操作系統(tǒng)中還引入了線程(Thread)概念，它是處理器分配的最小單位。

　　進(jìn)程的狀態(tài)： 進(jìn)程在運(yùn)行中不斷地改變其運(yùn)行狀態(tài)。通常，具有3種最基本的狀態(tài)。 ■ 運(yùn)行：正占用處理器 ■ 就緒：只要獲得處理器即可運(yùn)行。 ■ 阻塞：正等待某個(gè)事件(如I/O完成)的發(fā)生。 在不少系統(tǒng)中，還增加了兩種基本狀態(tài)： ■ 新狀態(tài)：一個(gè)進(jìn)程剛剛建立，但還未將它送入就緒隊(duì)列時(shí)的狀態(tài)。 ■ 終止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程已經(jīng)正常結(jié)束或異常結(jié)束，系統(tǒng)已將它從就緒隊(duì)列中移出，但尚未將它撤消時(shí)的另外，現(xiàn)在操作系統(tǒng)中有的還有掛起狀態(tài)。 進(jìn)程控制塊PCB： 進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊組成。進(jìn)程控制塊PCB是進(jìn)程實(shí)體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志，PCB描述了進(jìn)程的基本情況。進(jìn)程控制塊的作用，是使一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序(含數(shù)據(jù))，成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，一個(gè)能與其他進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程。 進(jìn)程控制塊隨著進(jìn)程的建立而產(chǎn)生，隨著進(jìn)程的完成而撤消主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： ■ 進(jìn)程標(biāo)識(shí)符信息 ■ 處理機(jī)狀態(tài)信息 ■ 進(jìn)程調(diào)度信息 ■ 進(jìn)程控制信息

　　下圖是一個(gè)簡(jiǎn)化的PCB示意圖。 進(jìn)程標(biāo)識(shí) 狀態(tài) 優(yōu)先級(jí) 控制信息 隊(duì)列 訪問權(quán)限 現(xiàn)場(chǎng)

　　進(jìn)程控制塊的組成方式分連接方式和索引方式兩種。 進(jìn)程管理： 進(jìn)程管理涉及到進(jìn)程控制、隊(duì)列管理和進(jìn)程調(diào)度等。 進(jìn)程的生命過程是從它創(chuàng)建時(shí)開始，直至任務(wù)終止而撤消，其間會(huì)經(jīng)歷各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，它們都是在操作系統(tǒng)控制下完成的。 操作系統(tǒng)提供了對(duì)進(jìn)程的基本操作，也成為原語。這些原語包括創(chuàng)建原語、阻塞原語、終止原語、優(yōu)先級(jí)原語和調(diào)度原語。 進(jìn)程調(diào)度即處理器調(diào)度，它的主要功能是確定在什么時(shí)間將處理器分給哪個(gè)進(jìn)程。 進(jìn)程調(diào)度的方法基本分為兩類：剝奪調(diào)度和非剝奪調(diào)度。 進(jìn)程調(diào)度的算法是服務(wù)于系統(tǒng)目標(biāo)的策略，對(duì)于不同的系統(tǒng)與系統(tǒng)目標(biāo)，常采用不同的調(diào)度算法。如： ■ 先來先服務(wù) ■ 優(yōu)先數(shù)調(diào)度 ■ 輪轉(zhuǎn)法

　　死鎖問題 進(jìn)程管理是操作系統(tǒng)的核心，進(jìn)程管理中的死鎖是操作系統(tǒng)中一個(gè)比較特殊的問題。 所謂死鎖(Deadlock)，是指多個(gè)進(jìn)程因競(jìng)爭(zhēng)資源而造成的一種僵局(Deadly-Embrace)，若無外力作用，這些進(jìn)程都將永遠(yuǎn)不能再向前推進(jìn)。

　　◆死鎖的原因主要有兩點(diǎn)：

　　■ 競(jìng)爭(zhēng)資源 ■ 進(jìn)程推進(jìn)順序非法

　　◆產(chǎn)生死鎖的4個(gè)必要條件是：

　　■ 互斥條件 ■ 保持和等待條件 ■ 不剝奪條件 ■ 環(huán)路等待條件

　　◆而針對(duì)產(chǎn)生死鎖的必要條件，有下列處理死鎖的方法： ■ 預(yù)防死鎖：其思想是不讓任一產(chǎn)生死鎖的必要條件發(fā)生。

　　■ 避免死鎖：其策略是不對(duì)用戶進(jìn)程的推進(jìn)順序加以限制，而在進(jìn)程申請(qǐng)資源時(shí)先判斷;

　　◆斷資源分配是否安全。

　　■ 檢測(cè)死鎖：采用資源請(qǐng)求分配圖的化簡(jiǎn)方法來判斷是否發(fā)生了不安全狀態(tài)。

　　■ 解除死鎖：其主要是使用剝奪的方法來釋放資源、解除死鎖狀態(tài)。 比較上面4種處理方法，死鎖的檢測(cè)和解除措施，有可能使系統(tǒng)獲得較好的資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，但在實(shí)現(xiàn)上難度也最大。

　　1.4存儲(chǔ)管理 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)系統(tǒng)通常是多級(jí)存儲(chǔ)體系，至少有主存(內(nèi)存)和輔存(外存)兩級(jí)，有的系統(tǒng)有更多的級(jí)數(shù)。 主存是由系統(tǒng)實(shí)際提供的存儲(chǔ)單元組成的一個(gè)連續(xù)地址空間，處理器可以直接存取。它的存儲(chǔ)容量受到實(shí)際存儲(chǔ)單元的限制。 輔存是指軟盤、硬盤、光盤和磁帶等一些外部存儲(chǔ)部件，常用來存放暫不執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，處理器不能直接訪問，需啟動(dòng)I/O設(shè)備，才能進(jìn)行內(nèi)存、外存交換。 系統(tǒng)中主存的使用一般分系統(tǒng)空間和用戶空間兩個(gè)部分。 把相對(duì)地址空間的程序轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址空間(物理地址)空間上能夠執(zhí)行的過程稱為地址重定位，也稱為地址映射或地址映像。地址重定位有兩種：靜態(tài)重定位和動(dòng)態(tài)重定位。 存儲(chǔ)管理應(yīng)該提高存儲(chǔ)資源的利用效率，又方便用戶使用，存儲(chǔ)管理的任務(wù)應(yīng)具有下列功能。

　　■ 分配與回收

　　■ 存儲(chǔ)擴(kuò)充

　　■ 共享與保護(hù)

　　◆實(shí)存管理：實(shí)存的管理一般有三種分配方式。

　　■ 單一連續(xù)分配：一個(gè)作業(yè)占全部空間，靜態(tài)分配(不對(duì)主存保護(hù)，引起沖突) ■ 固定分區(qū)分配：靜態(tài)，空間分區(qū)

　　■ 可變分區(qū)分配：動(dòng)態(tài)分配分區(qū)

　　■交換：較小的空間運(yùn)行較大的作業(yè)，采用的方法 其中，可變分區(qū)分配方法是目前的系統(tǒng)采用得較多的。它將主存空間按用戶要求動(dòng)態(tài)地分劃成若干個(gè)分區(qū)。為了消除分配中的外部碎片，系統(tǒng)還需要合并自由區(qū)和進(jìn)行存儲(chǔ)拼接或緊湊。 關(guān)于實(shí)存的存儲(chǔ)分配算法主要有4種。

　　■ 最佳適應(yīng)算法

　　■ 首次適應(yīng)算法

　　■ 最差適應(yīng)算法

　　■ 循環(huán)首次適應(yīng)算法

　　◆虛存管理 虛擬存儲(chǔ)(簡(jiǎn)稱虛存)不考慮實(shí)際主存的大小和數(shù)據(jù)存取的實(shí)際地址，只考慮相互有關(guān)的數(shù)據(jù)之間的相對(duì)位置，其容量由計(jì)算機(jī)的地址位數(shù)決定。 虛擬存儲(chǔ)通常涉及存儲(chǔ)空間大于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主存中可利用存儲(chǔ)空間時(shí)的尋址能力問題。其特點(diǎn)是運(yùn)行程序訪問的地址不是從主存中可以獲得的，即運(yùn)行進(jìn)程訪問的地址與主存可用的地址分離。 運(yùn)行進(jìn)程訪問的地址稱為虛地址，主存中可用的地址稱為實(shí)地址。一個(gè)運(yùn)行進(jìn)程可以訪問的虛地址范圍稱為進(jìn)程的虛地址空間，相應(yīng)的，可使用的實(shí)地址范圍稱為實(shí)地址空間。 虛存的組織方式有3種。

　　◆分段存儲(chǔ)組織 一個(gè)作業(yè)是由若干個(gè)具有邏輯意義的段組成。在分段系統(tǒng)中，允許程序(作業(yè))占據(jù)主存中若干分離的分區(qū)，每個(gè)分區(qū)存儲(chǔ)一個(gè)程序分段。分段系統(tǒng)中的虛地址是一個(gè)有序?qū)?段號(hào)、段內(nèi)位移)。系統(tǒng)為每個(gè)作業(yè)建立一個(gè)段表，其內(nèi)容包括段號(hào)與主存起始地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系、段長和狀態(tài)。

　　◆頁式存儲(chǔ)組織 與段式存儲(chǔ)組織相似。主存被劃分成若干個(gè)定長的頁，頁式系統(tǒng)中的虛地址是一個(gè)有序?qū)?頁號(hào)、頁內(nèi)位移)。系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程建立一個(gè)頁表，其內(nèi)容包括進(jìn)程的邏輯頁號(hào)與物理頁號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系、狀態(tài)等。

　　◆段頁式存儲(chǔ)組織 綜合了上述兩種存儲(chǔ)組織的特點(diǎn)。主存被劃分成定長的頁，段頁式系統(tǒng)中虛地址形式是(段號(hào)、段內(nèi)頁號(hào)、頁內(nèi)位移)。系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程建立一個(gè)段表，再為每個(gè)段表建立一個(gè)頁表。

　　虛存管理的置換策略有幾種算法

　　■ 最優(yōu)(OPT)算法：選擇淘汰不再使用或最遠(yuǎn)的將來才使用的頁。

　　■ 隨機(jī)(RAND)算法：隨機(jī)的選擇淘汰的頁。

　　■ 先進(jìn)先出(FIFO)算法：選擇淘汰主存駐留時(shí)間最長的頁。

　　■ 最近最少使用(LRU)算法：選擇淘汰離當(dāng)前時(shí)刻最近的一段時(shí)間使用得最少的頁。 虛存管理策略的基礎(chǔ)是局部性原理——進(jìn)程往往不均勻地高度局部化地訪問主存。這種局部性表現(xiàn)為時(shí)間局部性和空間局部性兩種。 根據(jù)局部性原理的特性，提出了工作集理論。工作集是指進(jìn)程頻繁訪問頁面的集合。工作集理論要求，為了使進(jìn)程能有效的運(yùn)行，它的頁面工作集應(yīng)駐留在主存中，以防止“顛簸”(又稱抖動(dòng)，即指由于進(jìn)程頻繁的從輔存請(qǐng)求頁面而造成的過度的頁面調(diào)度)現(xiàn)象。 1.5設(shè)備管理： 其主要任務(wù)是：

　　■ 實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的分配和回收; ■ 啟動(dòng)外部設(shè)備;

　　■ 控制輸入/輸出設(shè)備與處理器或主存之間交換數(shù)據(jù);

　　■ 實(shí)現(xiàn)對(duì)磁盤的調(diào)度;

　　■ 處理設(shè)備的中斷; ■ 實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備等。 根據(jù)不同的方面，可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類。

　　■ 按數(shù)據(jù)組織方式：字符設(shè)備(常對(duì)應(yīng)于慢速設(shè)備)和塊設(shè)備(常對(duì)應(yīng)于快速設(shè)備)。

　　■ 按資源性質(zhì)：獨(dú)占設(shè)備(如終端、打印機(jī))、共享設(shè)備(如磁盤)和虛擬設(shè)備。 外部設(shè)備和主存之間常用的傳輸方式有4種。

　　■ 程序控制方式

　　■ 中斷方式

　　■ 直接存儲(chǔ)訪問(DMA)方式

　　■ 通道方式 虛擬設(shè)備：采用假脫機(jī)技術(shù)，可以將低速的獨(dú)占設(shè)備改造成一種共享設(shè)備。簡(jiǎn)稱為spooling技術(shù)，利用多道程序技術(shù)，采用一組程序模擬一臺(tái)I/O處理機(jī) 設(shè)備分配有兩種方法，即靜態(tài)分配方法和動(dòng)態(tài)分配方法。其中設(shè)備的動(dòng)態(tài)分配算法與進(jìn)程調(diào)度相似，也具有一定的分配策略，如先請(qǐng)求先分配、優(yōu)先級(jí)高者先分配等。

　　例如，關(guān)于磁盤調(diào)度的算法就有以下幾種。

　　■ 先來先服務(wù)(FCFS)調(diào)度

　　■ 最短查找時(shí)間優(yōu)先(SSTF)調(diào)度： 離磁頭最近的服務(wù)被響應(yīng)

　　■ SCAN調(diào)度(電梯算法)：在前進(jìn)方向?qū)ふ易疃痰牟檎視r(shí)間的

　　■ N步SCAN調(diào)度

　　■ C-SCAN調(diào)度 1.6文件和文件系統(tǒng) 文件是信息的一種組織形式，是存儲(chǔ)在輔助存儲(chǔ)器上的具有標(biāo)識(shí)名的一組信息集合，它可以是有格式的，也可以是無格式的。與文件相關(guān)的概念有：數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫。 操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)包括兩個(gè)方面：

　　■ 負(fù)責(zé)管理文件的一組系統(tǒng)軟件;

　　■ 管理的對(duì)象文件。 　　文件系統(tǒng)的主要目標(biāo)是提高存儲(chǔ)器的利用率，接受用戶的委托實(shí)施對(duì)文件的操作。其主要問題是管理輔助存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)文件從名字空間到輔存地址空間的轉(zhuǎn)換，決定文件信息的存放位置、存放形式和存放權(quán)限，實(shí)現(xiàn)文件和目錄的操作，提供文件共享能力和安全設(shè)施，提供友好的用戶接口。 根據(jù)不同方面，可以對(duì)文件進(jìn)行多種分類。

　　■ 按文件的用途分：系統(tǒng)文件、庫文件和用戶文件等。 ■ 按文件的信息流分：輸入文件、輸出文件和輸入輸出文件等。

　　■ 按文件的組織形式分：普通文件、目錄文件和特殊文件等。

　　■ 按文件的安全屬性分：只讀文件、讀寫文件、可執(zhí)行文件和不保護(hù)文件等。 文件的結(jié)構(gòu)和組織 文件的結(jié)構(gòu)是指文件的組織形式。文件的結(jié)構(gòu)分為邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。從用戶的觀點(diǎn)所看到的文件組織形式稱為文件的邏輯結(jié)構(gòu)，從實(shí)現(xiàn)觀點(diǎn)考察文件在輔助存儲(chǔ)器上的存放方式稱為文件的物理結(jié)構(gòu)。 文件的邏輯結(jié)構(gòu)可以分為兩種：無結(jié)構(gòu)的字符流文件和有結(jié)構(gòu)的記錄文件(也稱為有格式文件)。其中，記錄文件由記錄組成，即文件內(nèi)的信息劃分成多個(gè)記錄，以記錄為單位組織和使用信息。其有幾種不同的類型，特別需要注意它們之間的區(qū)別。

　　◆堆文件：數(shù)據(jù)按先來后到的順序組織，是最簡(jiǎn)單的記錄文件;

　　◆順序文件 順序文件的記錄定長，記錄中的數(shù)據(jù)項(xiàng)的類型長度與次序固定，記錄按鍵值的約定次序組織。

　　◆索引順序文件 基于鍵的約定次序組織，而且維護(hù)鍵的索引和溢出區(qū)域。鍵的索引可以是多級(jí)索引。

　　◆索引文件 基于記錄的一個(gè)鍵-數(shù)據(jù)項(xiàng)關(guān)系對(duì)來組織，依據(jù)記錄鍵值可以找到記錄存放位置。

　　◆直接文件(又稱哈希文件) 記錄以它們?cè)谥苯釉L問存儲(chǔ)設(shè)備上的物理地址直接(隨機(jī))訪問。對(duì)于一個(gè)給定的記錄可以直接得出其存儲(chǔ)位置。 文件的物理結(jié)構(gòu)側(cè)重于提高存儲(chǔ)器的利用效率和降低存取時(shí)間。文件的存儲(chǔ)設(shè)備通常劃分為大小相同的物理塊，物理塊是分配和傳輸信息的基本單位。文件的物理結(jié)構(gòu)是指文件在存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)方法，具有不同的文件分配策略，需要特別注意它們的特點(diǎn)和之間的差別。

　　◆順序分配(連續(xù)分配) 最簡(jiǎn)單的分配方式。在文件建立預(yù)先分配一個(gè)連續(xù)的物理塊集，然后，按照邏輯文件中的信息(或記錄)順序，依次把信息(或記錄)順序存儲(chǔ)到物理塊中。不適宜于需要經(jīng)常修改的文件。

　　◆ 鏈接分配(串聯(lián)分配) 這是按單個(gè)物理塊逐個(gè)進(jìn)行的。在建立鏈接文件時(shí)，不須指定文件的長度，在文件的說明信息中，只需指出該文件的第一個(gè)物理塊塊號(hào)，鏈接文件的文件長度可以動(dòng)態(tài)的增長，只需調(diào)整物理塊間的指針就可以插入或刪除一個(gè)信息塊。一般只適用于順序訪問，不適用于隨機(jī)存取。

　　◆索引分配 另一種對(duì)文件存儲(chǔ)不連續(xù)分配的方法。系統(tǒng)為每個(gè)文件建立一張索引表，索引表中的每一表項(xiàng)指出文件信息所在的邏輯塊號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)。既適用于順序存取，也適用于隨機(jī)存取。 文件控制塊：FCB，和進(jìn)程相似，文件目錄有一級(jí)目錄、二級(jí)目錄和多級(jí)目錄結(jié)構(gòu); 一級(jí)目錄：只有一個(gè)目錄表，每個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)文件; 二級(jí)目錄：主目錄和用戶目錄; 多級(jí)目錄：也稱為樹型目錄結(jié)構(gòu)，從根目錄出發(fā)的層次結(jié)構(gòu); 1.7 作業(yè)管理與用戶界面 　　作業(yè)是系統(tǒng)為了完成一個(gè)用戶的計(jì)算任務(wù)(或一次事務(wù)處理)所做的工作總和。操作系統(tǒng)中用來控制作業(yè)的進(jìn)入、執(zhí)行和撤消的一組程序成為作業(yè)管理程序。

　　一般操作系統(tǒng)提供兩種作業(yè)控制方式。

　　聯(lián)機(jī)作業(yè)方式(on-line)

　　通過直接輸入作業(yè)控制命令，提交用戶作業(yè)，運(yùn)行用戶作業(yè)。

　　脫機(jī)作業(yè)方式(off-line)

　　通過作業(yè)控制語言(JCL，也稱為作業(yè)控制命令)編寫用戶作業(yè)說明書。這種方式中，用戶不直接干預(yù)作業(yè)的運(yùn)行，而是把作業(yè)與作業(yè)說明書一起提交系統(tǒng)。 作業(yè)調(diào)度主要是從后備狀態(tài)的作業(yè)中挑選一個(gè)(或一些)作業(yè)投入運(yùn)行。與進(jìn)程調(diào)度相似，也具有若干的調(diào)度算法。

　　■ 先來先服務(wù)(FCFS) ■ 短作業(yè)優(yōu)先(SJF)

　　■ 響應(yīng)比高者優(yōu)先(HRN)

　　■ 優(yōu)先級(jí)調(diào)度 用戶界面：也稱為用戶接口，是用戶與操作系統(tǒng)交互的途徑和通道，也是交互環(huán)境的控制方式; 操作系統(tǒng)的接口：可分為命令接口和程序接口。

　　命令接口：包含鍵盤命令和作業(yè)控制命令; 程序接口：程序接口又稱為編程接口、系統(tǒng)調(diào)用。程序經(jīng)編程接口請(qǐng)求系統(tǒng)服務(wù)，即通過系統(tǒng)調(diào)用，程序與操作系統(tǒng)進(jìn)行通信。 操作環(huán)境：操作環(huán)境支持命令接口和程序接口，提供友好、易用的操作平臺(tái)。操作系統(tǒng)的交換界面從早期的命令驅(qū)動(dòng)方式發(fā)展道菜單驅(qū)動(dòng)方式、圖形符號(hào)驅(qū)動(dòng)方式和視窗操作環(huán)境。

　　1.8操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1. 無序結(jié)構(gòu)法：整體結(jié)構(gòu)或模塊組合結(jié)構(gòu)(以大型表格和隊(duì)列為中心); 2. 層次結(jié)構(gòu)法：分解成各個(gè)單向依賴的層次; 3. 面向?qū)ο蠓ǎ豪脤?duì)象和對(duì)對(duì)象的操作加上保護(hù)組成操作系統(tǒng);執(zhí)行體對(duì)象(進(jìn)程，線程、文件和令牌等)和內(nèi)核對(duì)象(時(shí)鐘、事件和信號(hào)等) 4. 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)法：公共部分抽象形成底層的核心，提供基本的服務(wù); 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)： 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NOS)是網(wǎng)絡(luò)的心臟和靈魂，是向網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)提供服務(wù)的特殊的操作系統(tǒng)。它在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)下工作,使計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)增加了網(wǎng)絡(luò)操作所需要的能力。例如象前面已談到的當(dāng)你在LAN上使用字處理程序時(shí),你的PC機(jī)操作系統(tǒng)的行為象在沒有構(gòu)成LAN時(shí)一樣，這正是LAN操作系統(tǒng)軟件管理了你對(duì)字處理程序的訪問。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)運(yùn)行在稱為服務(wù)器的計(jì)算機(jī)上,并由連網(wǎng)的計(jì)算機(jī)用戶共享,這類用戶稱為客戶。

　　NOS與運(yùn)行在工作站上的單用戶操作系統(tǒng)或多用戶操作系統(tǒng)由于提供的服務(wù)類型不同而有差別。一般情況下，NOS是以使網(wǎng)絡(luò)相關(guān)特性最佳為目的的。如共享數(shù)據(jù)文件、軟件應(yīng)用以及共享硬盤、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、掃描儀和傳真機(jī)等。一般計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，如DOS和OS/2等,其目的是讓用戶與系統(tǒng)及在此操作系統(tǒng)上運(yùn)行的各種應(yīng)用之間的交互作用最佳。

　　為防止一次由一個(gè)以上的用戶對(duì)文件進(jìn)行訪問，一般網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)都具有文件加鎖功能。如果沒有這種功能,將不會(huì)正常工作。文件加鎖功能可跟蹤使用中的每個(gè)文件,并確保一次只能一個(gè)用戶對(duì)其進(jìn)行編輯。文件也可由用戶的口令加鎖,以維持專用文件的專用性。

　　NOS還負(fù)責(zé)管理LAN用戶和LAN打印機(jī)之間的連接。NOS總是跟蹤每一個(gè)可供使用的打印機(jī)以及每個(gè)用戶的打印請(qǐng)求,并對(duì)如何滿足這些請(qǐng)求進(jìn)行管理,使每個(gè)端用戶的操作系統(tǒng)感到所希望的打印機(jī)猶如與其計(jì)算機(jī)直接相連。

　　NOS還對(duì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信進(jìn)行管理,這是通過NOS中的媒體訪問法來實(shí)現(xiàn)的。

　　NOS的各種安全特性可用來管理每個(gè)用戶的訪問權(quán)利,確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全保密。因此,NOS從根本上說是一種管理器,用來管理連接、資源和通信量的流向。 嵌入式操作系統(tǒng)： 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁剪的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用電腦系統(tǒng);主要由嵌入式CPU、相關(guān)硬件、嵌入式OS操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件等組成。與通用型電腦系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)功耗低、可靠性高;功能強(qiáng)大、性能價(jià)格比高;實(shí)用性強(qiáng)，支持多任務(wù);占用空間小，效率高;面向特定應(yīng)用，可根據(jù)需要靈活定制。 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用廣泛：可用于移動(dòng)電腦平臺(tái)(PDA、掌上計(jì)算機(jī))，信息家電(數(shù)字電視、機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)，無線通信設(shè)備(智能手機(jī)、股票接收設(shè)備)，工業(yè)/商業(yè)控制(智能工控設(shè)備、POS/ATM機(jī))，電子商務(wù)平臺(tái)，甚至軍事應(yīng)用等諸多領(lǐng)域。 對(duì)于大多數(shù)用戶而言，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用有一定的難度。不論是硬件的造型、嵌入式操作系統(tǒng)的選擇，以及應(yīng)用軟件的確定都是令人頭疼的事情。為了解決這難題，威達(dá)佳科技推出了一系列從嵌入式硬件到操作系統(tǒng)的解決方案。

　　WindowsCE.net概述 Windows CE .NET是Windows CE 3.0的后繼產(chǎn)品。Windows CE .NET為嵌入式市場(chǎng)重新設(shè)計(jì)，為快速建立下一代智能移動(dòng)和小內(nèi)存占用的設(shè)備提供了一個(gè)健壯的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。Windows CE .NET具備完整的操作系統(tǒng)特性,集包和端對(duì)端開發(fā)環(huán)境，它包括了創(chuàng)建一個(gè)基于定制設(shè)備的Windows CE所需的一切。 WinCE.NET包含大量的新增特性和改進(jìn)特性，如： n 藍(lán)牙(bluetooth)和802.11零配置設(shè)定等無線技術(shù); n 設(shè)備仿真特性使你可以對(duì)完整的設(shè)備環(huán)境進(jìn)行仿真而無需任何額外的硬件投資; n 在平臺(tái)向?qū)Х矫?，使您可以從眾多的預(yù)置設(shè)備設(shè)計(jì)中進(jìn)行選擇，以便跳躍式的開始你的開發(fā)流程; 豐富的多媒體和Web瀏覽功能，如Microsoft Internet Explorer6.0和Windows Media編解碼器(Codec)和控件原件。強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)能力、強(qiáng)勁的實(shí)時(shí)性和小內(nèi)存體積占用以及豐富的多媒體和Web瀏覽功能使得WindowsCE.NET成為各個(gè)不同領(lǐng)域嵌入式操作系統(tǒng)的首選。 WinCE.NET為快速建立下一代智能移動(dòng)和小內(nèi)存占用的設(shè)備提供了一個(gè)健壯的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，利用WinCE.NET就有可能創(chuàng)建一個(gè)您所需要的與眾不同的平臺(tái)，從而應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。

　　◆ 移動(dòng)電話/智能多媒體

　　◆ 自定義設(shè)備

　　◆ 數(shù)字成像設(shè)備

　　◆ 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備

　　◆ Internet /媒體設(shè)備

　　◆ PDA/移動(dòng)手持設(shè)備

　　◆ 住宅門禁

　　◆ POS設(shè)備

　　◆ 頂置盒

　　◆ 微內(nèi)核

　　◆ Web 板設(shè)備

　　◆ Windows客戶端/終端

　　1.9常用操作系統(tǒng) UNIX系統(tǒng) UNIX是一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)。它利用最內(nèi)層硬件提供的基本服務(wù)，向外層提供全部應(yīng)用程序所需要的服務(wù)。 UNIX中的文件是字符流文件，在物理上組織為索引文件。 工作目錄的概念：當(dāng)前目錄 UNIX系統(tǒng)中的進(jìn)程控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)進(jìn)程同步、進(jìn)程間通信、存儲(chǔ)管理及進(jìn)程調(diào)度。 UNIX系統(tǒng)中的進(jìn)程調(diào)度采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先數(shù)的算法。 UNIX采用段頁式管理，分配的單位是塊(如每塊8K字節(jié))。 UNIX采用了LRU(最近最少使用算法)作為虛存中的淘汰算法。 UNIX的文件系統(tǒng)用緩沖技術(shù)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)與磁盤之間的數(shù)據(jù)流。 UNIX系統(tǒng)中的命令解釋程序稱作shell。 管道是UNIX系統(tǒng)的一個(gè)重要特色。 Window NT系統(tǒng) Window NT系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代的操作系統(tǒng)技術(shù)，適用于高檔工作站平臺(tái)、局域網(wǎng)服務(wù)器或者主干計(jì)算機(jī)。是微內(nèi)核操作系統(tǒng) Window NT支持對(duì)稱多處理結(jié)構(gòu)，支持多線程并行，采用90年代操作系統(tǒng)技術(shù)(即微內(nèi)核技術(shù))，在體系結(jié)構(gòu)上采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式。 有兩類保護(hù)子系統(tǒng)：環(huán)境子系統(tǒng)和集成子系統(tǒng)： 環(huán)境子系統(tǒng)：提供不同風(fēng)格的操作環(huán)境; 保護(hù)子系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)所必需的操作系統(tǒng)的功能; 在淘汰算法上采用了FIFO算法;

　　2.重點(diǎn)與難點(diǎn)： 2.1進(jìn)程相關(guān)的概念： 進(jìn)程、線程和管程 這是三個(gè)看起來似乎比較容易混淆的概念，所以在復(fù)習(xí)的時(shí)候一定要牢記其定義和相互之間的區(qū)別。 ?進(jìn)程 進(jìn)程是一個(gè)可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程。也就是說，它是運(yùn)行中的程序，是程序的一次運(yùn)行活動(dòng)。在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程是進(jìn)行系統(tǒng)資源分配、調(diào)度和管理的最小單位。 ?線程 對(duì)于一些多線程程序來講，其包含兩條或兩條以上并發(fā)運(yùn)行的部分，每個(gè)部分就稱作一個(gè)線程，每個(gè)線程都有獨(dú)立的執(zhí)行路徑。線程是處理器分配資源的最小單位。 ?管程 管程是一種并發(fā)性的構(gòu)造，它包括用于分配一個(gè)共享資源或一組共享資源的數(shù)據(jù)和過程。為了完成分配資源的功能，進(jìn)程必須調(diào)用特定的管程入口。 操作系統(tǒng)中，多任務(wù)處理一般有兩種方式：基于進(jìn)程和基于線程?；谶M(jìn)程的多任務(wù)處理的特點(diǎn)是允許計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)或更多的程序。而基于線程的多任務(wù)處理是指一個(gè)程序可以同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)或者多個(gè)任務(wù)的功能。 多線程程序比多進(jìn)程程序需要更少的管理費(fèi)用。進(jìn)程是重量級(jí)的任務(wù)，需要分配它們自己獨(dú)立的地址空間。進(jìn)程間的通信和相互轉(zhuǎn)換需要很多的開銷。而線程是輕量級(jí)的任務(wù)，它們共享相同的地址空間并且分享同一個(gè)進(jìn)程。線程間的通信和轉(zhuǎn)換開銷要小很多。 2.2信號(hào)量處理： 信號(hào)量和P-V操作 為了解決進(jìn)程同步的問題，提出了信號(hào)量機(jī)制。這一機(jī)制取得了很大的發(fā)展，從整型信號(hào)量到記錄型信號(hào)量，再進(jìn)而發(fā)展為“信號(hào)量集”機(jī)制。不過，在原理上和考試中，一般我們都只涉及整型信號(hào)量機(jī)制。 對(duì)于互斥臨界區(qū)的管理要求： n 有空則進(jìn) n 無空等待 n 兩者擇一 n 有先等待 在整型信號(hào)量機(jī)制中，信號(hào)量被定義為一個(gè)整型變量，除初始化外，僅能通過兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的原子操作wait(s)和signal(s)來訪問。其通常被分別稱作P、V操作。描述如下： P操作 I. S-1→S II. 如果S V操作 I. S+1→S II. 如果S≥0，則喚醒隊(duì)列中的一個(gè)等待進(jìn)程 進(jìn)程互斥的情況初值是1，而同步的初值是0 進(jìn)程同步的問題相對(duì)來說是比較復(fù)雜的，這其中一些比較經(jīng)典的進(jìn)程同步問題，

　　如： ■ 生產(chǎn)者—消費(fèi)者問題 ■ 讀者—寫者問題 ■ 哲學(xué)家進(jìn)餐問題 2.3各種調(diào)度算法： 操作系統(tǒng)中，涉及到的調(diào)度比較多，如進(jìn)程調(diào)度、作業(yè)調(diào)度、磁盤調(diào)度等。但是其調(diào)度算法的原理都大致相同。進(jìn)程調(diào)度是比較典型的一類調(diào)度，其調(diào)度算法較多。包括： ■ 先來先服務(wù)■ 優(yōu)先數(shù)調(diào)度 ■ 輪轉(zhuǎn)法 ■ 短作業(yè)優(yōu)先 狀態(tài)。

　　操作方法