计算机操作系统-吴企渊.docx-道客多多

资源描述

1、中央广播电视大学开放教育试点教材计算机操作系统吴企渊梁燕编著清华大学出版社( 京 ) 新登字 158 号内容简介本书是计算机应用专业技术基础课教材 , 讲解计算机的重要系统软件 , 即计算机操作系统。计算机操作系统是计算机技术与管理技术的结合。本教材特点是按照教学的 “少而精 ”和 “由表及里、由浅入深、由此及彼 ”原则编排 , 以 “联想 ”、 “

2、对比 ”日常生活管理中的实例 , 讲解主要的概念和算法技巧 , 使学习者有兴趣获得有关的知识和技能。全书共 7 章 , 第 1 章为概述 , 接着 5 章分别详述计算机操作系统的 5 大功能 , 即作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和进程管理。第 7 章是操作系统编程的主要技巧和方法。本书是中央广播电视大学的本科生试用教材, 也适合大专、高职、

4、无标签者不得销售。图书在版编目 ( CI P) 数据计算机操作系统 / 吴企渊 , 梁燕编著 .北京 : 清华大学出版社 , 2000中央广播电视大学开放教育试点教材I SBN 7-302-03928-3 . 计 . 吴梁 . 操作系统 ( 软件 ) -广播电视教育 : 高等教育 -教材 . T P316中国版本图书馆 CIP 数据核字 ( 2000) 第 33000 号出版者 : 清华大学出版社 ( 北京清华大学学研楼

5、, 邮编 100084) ht tp: / / w ww. tup. tsinghua . edu . cn印刷者 : 印刷厂发行者 : 新华书店总店北京发行所开本 : 787 1092 1/ 16 印张 : 11.5 字数 : 266 千字版次 : 2000 年月第 1 版 2000 年月第 1 次印刷书号 : ISBN 7-302-03928-3/ T P2296印数 : 0001 8000定价 : 16. 0 元前言计算机操作系统是计算机技术基础课程 , 它的前接课程是计算机

6、组成原理或微机原理、计算机编程语言和数据结构等相关硬件和软件技术基础课程。以目前常用的 DOS、 W indow s 和 U N IX ( 或 L inux) 三种普遍使用的操作系统为知识点的技能训练实例 , 穿插在有关知识包中 , 宏观上展示操作系统的整体结构 , 讲解原理性概念、名词和术语 , 微观上插入有层次的应用技巧和算法等。计算机操作系统课程在

7、一般院校的教学中 , 反映是难教和难学 , 学完后留下的印象不深 , 忘掉了其中绝大部分内容 , 应用时又往往要从一些报刊杂志中去找答案。现有传统性的教材以国外的思路和实例为主 , 并且对原理讲解和操作系统应用融通不够。课程学习的知识难点往往在 “共享 ”、 “并发 ”、 “虚拟 ”、 “进程 ”和 “线程 ”等概念或其它名词术语。作者根据二十多年来

8、对计算机系统的学习、应用以及与不同层次学员接触的教学经验 , 按照 “由表及里、由浅入深 ”原则 , 讲解次序首先是软件资源管理为主的作业管理 , 包括任务管理、人机交互界面管理等 , 然后是文件管理、涉及硬件资源管理的存储管理、设备管理 , 最后深入到处理机管理 , 即 “总经理 ”级的 “进程管理 ”。与国内外绝大多数传统式操作系统教材

9、的写作次序相反。并以思考题启发学习 , 以研究题引导进一步深入的自主学习。作者认为计算机操作系统课程的知识体系结构包括知识体、知识面和知识点三方面。知识体可以概括为以下一句话 , 计算机操作系统是计算机技术和管理技术的结合 , 学习时要注意与学习 “数理化 ”课程不同。本教材摒弃 “学院式 ”风格 , 而代以 “口语化 ”风格 , 教材以

10、学习者必须牢记的 “两句话 ”为总结纲要 , 即第一句话是 : 计算机操作系统是方便用户 , 管理和控制计算机软硬件资源的系统软件 ( 或程序集合 ) 。第二句话是 : 操作系统目前有五大类型 ( 批处理、分时、实时、网络和分布式 ) 和五大功能 ( 作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和进程管理 ) 。 “纲举目张 ”, 层层展开。对计算机的现状和

11、发展 , 以三大宇宙观 ( 时空观、静动观和阴阳观 ) 总结归纳。在概念、名词、术语等的讲解中 , 运用大量日常生活中熟知的管理技巧实例作比喻 , 通过面向用户 “情景 ”的 “联想 ”、 “对比 ”和综合归纳 , 尝试以符合人们学习知识强化记忆的理解过程进行讲解。同时通过必要的实验训练操作实例 , 掌握实际技能的应用。学员可根据自己不同的认知

12、能力和时间 , 选择感兴趣的章节阅读 , 并通过市场浏览或调研、上机实验和参观实习 , 初步掌握操作系统 ( 包括网络操作系统 ) 的安装、使用和维护 , 提高学习兴趣和增强学习信心。为进一步 “自主学习 ”奠基。授课总学时一般为 45 至 56 学时。为适应新世纪的 “以学生和学习者为中心 ”的教育思想 , 本教材初次尝试从 “教材 ”到 “学材 ”( 学习材料

13、 ) 的转变 , 以适应学员在职、业余自主学习为目标 , 满足不同学习对象的多样需要。本教材编写中得到中央广播电视大学领导和教师的大力帮助 , 特别是袁薇老师 , 特在此表示感谢。书中错误和不当之处一定不少 , 恳请读者批评指正 , 共同探索 “终身教育 ”之路。清华大学计算机科学与技术系吴企渊2000 年 4 月于清华园目录第 1 章计算机操作系

14、统概述 1教学要求 1思考题 11. 1 什么是操作系统 11. 1. 1 操作系统在软件层次中的地位 21. 1. 2 操作系统的设计观点 41. 2 操作系统的形成和五大类型 51. 2. 1 计算机操作系统的形成 71. 2. 2 操作系统的五大类型 101. 3 操作系统的五大功能 151. 3. 1 作业管理 151. 3. 2 文件管理 151. 3. 3 存储管理 161. 3. 4 设备管理 161. 3. 5 进程

15、管理 161. 4 操作系统版本历史简介 171. 4. 1 DOS 操作系统简史 171. 4. 2 W indow s 操作系统简史 181. 4. 3 U NIX 操作系统版本简史 181. 4. 4 L inux 操作系统简史 191. 5 表征操作系统的属性 201. 6 操作系统的 “生成 ”、设置和配置概念 221. 6. 1 “生成 ”、配置和设置 221. 6. 2 操作系统引导 231. 6. 3 系统管理员 261. 7 重点小结

16、27自测题 28研究题 29第 2 章作业管理 30教学要求 30思考题 30 2. 1 作业管理的任务和功能 302. 1. 1 概念和术语 302. 1. 2 作业管理的任务 322. 1. 3 作业管理的功能 342. 1. 4 操作系统是用户和计算机之间的接口 342. 2 用户界面的任务和功能 352. 2. 1 用户界面的发展 352. 2. 2 界面管理的任务 362. 2. 3 界面管理的功能 372. 2. 4 用户

17、界面研究 372. 3 用户界面的设计特点 392. 4 作业调度 402. 4. 1 作业调度功能 402. 4. 2 作业说明书内容举例 402. 4. 3 作业调度算法 402. 5 操作系统常用命令分类简介 422. 5. 1 操作系统是人机交互的接口 422. 5. 2 常用命令对比 442. 5. 3 U NIX, Linu x 联机命令手册索引 462. 6 Shell 命令解释和控制语言 462. 6. 1 DOS 操作系统

18、 Shell 语言 462. 6. 2 作业管理和进程管理的类比说明 482. 7 重点小结 48自测题 48研究题 49第 3 章文件管理 50教学要求 50思考题 503. 1 文件管理的任务和功能 503. 1. 1 文件管理的任务 503. 1. 2 文件管理的功能 523. 1. 3 文件的组织机构 533. 2 文件分类 553. 3 文件的物理结构和逻辑结构 593. 3. 1 文件的物理结构 593. 3. 2 文件的逻

19、辑结构 62 3. 4 文件目录 633. 4. 1 一级文件目录 633. 4. 2 二级文件目录 633. 4. 3 多级文件目录 643. 4. 4 文件目录的管理 643. 5 文件存取控制 653. 5. 1 存取控制矩阵 653. 5. 2 用户权限表 653. 5. 3 使用口令 663. 5. 4 使用密码 663. 5. 5 U NIX/ Linu x 操作系统的安全性 663. 5. 6 计算机病毒简介 703. 6 文件系统的数据结构和

20、表示 713. 6. 1 U NIX/ Linu x 文件系统 713. 6. 2 磁盘文件系统结构 723. 6. 3 文件系统的数据结构 733. 7 文件系统的系统调用 753. 8 重点小结 75自测题 76研究题 76第 4 章存储管理 77教学要求 77思考题 774. 1 存储管理的任务和功能 774. 1. 1 存储管理的任务 774. 1. 2 存储管理的功能 774. 1. 3 内存类型及寻址 774. 2 分区分配存储管

21、理 834. 2. 1 固定分区分配 834. 2. 2 可变式动态分区分配 844. 2. 3 可重定位分区分配 864. 2. 4 多重分区分配 864. 2. 5 内存 “扩充 ”技术 864. 2. 6 内存保护技术 874. 3 请求页式存储管理 874. 3. 1 实现原理 87 4. 3. 2 U NIX 请求调页管理 884. 3. 3 页表的设计 894. 3. 4 请求淘汰换页算法 904. 3. 5 页式存储管理优缺点 914. 4 段

22、式存储管理 924. 5 段页式存储管理 924. 5. 1 特点 924. 5. 2 实现原理 924. 6 重点小结 93自测题 93研究题 94第 5 章输入输出设备管理 95教学要求 95思考题 955. 1 概述 955. 1. 1 设备管理的任务与功能 955. 1. 2 发展历史 965. 1. 3 外部设备分类 965. 1. 4 设备 I / O 方式 985. 1. 5 未来展望 995. 2 外部设备的安装 995. 2. 1 系统配置 99

23、5. 2. 2 用户外接设备 995. 2. 3 用户外接特殊设备 1005. 2. 4 外部设备的即插即用 1005. 2. 5 设备驱动程序的编制 1005. 2. 6 CPU 与外部信息的交换 1015. 2. 7 总线和接口 1015. 3 输入输出设备分配算法 1045. 4 设备管理技术 1045. 4. 1 磁盘管理技术 1045. 4. 2 缓冲技术 1065. 4. 3 虚拟设备的技术 ( SPO OLing ) 1085. 4. 4 共享

24、打印机 1095. 5 设备处理程序编制内容 1105. 5. 1 设备处理程序 110 5. 5. 2 设备驱动程序的功能 1105. 5. 3 设备驱动程序的特点 1105. 5. 4 设备处理方式 1115. 5. 5 设备驱动程序举例 1125. 6 重点小结 115自测题 115研究题 116第 6 章进程及处理机管理 117教学要求 117思考题 1176. 1 概述 1176. 1. 1 操作系统核心的功能和特点 1176. 1.

25、 2 为什么要引入 “进程 ”概念 1186. 1. 3 顺序执行与并发执行 1196. 2 进程的定义和特征 1196. 2. 1 程序与进程 1196. 2. 2 进程的五个基本特征 1206. 2. 3 进程与线程 1206. 3 进程调度 1216. 3. 1 进程的描述 1216. 3. 2 进程的状态及转换 1236. 3. 3 进程的调度算法举例 1246. 3. 4 进程控制块 1266. 4 进程通信 1266. 4. 1 同步与互斥

26、1266. 4. 2 临界区 1326. 4. 3 原语 1326. 5 死锁 1356. 5. 1 什么是死锁 ? 1356. 5. 2 死锁的四个必要条件 1356. 5. 3 死锁的表示 1366. 5. 4 解决死锁问题的基本方法 1366. 6 重点小结 139自测题 139研究题 140 第 7 章操作系统结构和程序设计 141教学要求 141思考题 1417. 1 操作系统的编程概念 1417. 2 结构设计的目标 1427. 2. 1 设计目

27、标 1437. 2. 2 分层原则 1437. 2. 3 分块原则 1457. 2. 4 模块接口法的设计步骤 1467. 2. 5 模块接口法的优缺点 1467. 3 层次结构设计 1477. 3. 1 层次模块化结构设计的必要性 1477. 3. 2 操作系统的结构模型 1497. 3. 3 操作系统的结构设计 1507. 4 DOS 模块结构 1527. 5 Windows 的编程模式简介 1537. 6 微内核结构简介 1537. 7 L in

28、ux 的安装与程序模块举例 1557. 8 重点小结 157自测题 158研究题 158附录 1 课程总复习指南 159附录 2 计算机操作系统实验指示书 ( 学生用 ) 160附录 3 Linux 简要使用说明 ( 配合实验用 ) 167参考文献 174 1第 1 章计算机操作系统概述教学要求第 1 章是对计算机操作系统的概述。对全书有着提纲挈领的作用。因为在这一章里你将学到操作系统课

29、程最精髓的两句话 :1. 计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件 ( 或程序集合 ) 。2. 操作系统目前有五大类型 ( 批处理、分时、实时、网络和分布式 ) 和五大功能 ( 作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和进程管理 ) 。思考题1. 有很多事情需要你去做的时候 , 你的 “时间 ”安排策略 (“忙人策略 ”) 是什么 ( 例如

30、, 早晨起床后、学习日、休假日以及 “忙不过来时” ) ?2. 在很挤的地方, 你的 “空间 ”安排策略是什么 ( 例如 , 马路太拥挤、书桌太小、书架太小和房间太小等 ) ?3. 现在有很多紧急而复杂的大大小小任务需要你去很快完成 , 你一个人的脑袋不够用时 , 你用什么办法有条理地去完成 ?1. 1 什么是操作系统操作系统的英文名是 oper at ing s ys te

31、m, 缩写为 OS。人们熟悉的 DOS 操作系统是磁盘 ( disk ) 操作系统的缩写。常用的操作系统有 DOS 6. 22、 OS/ 2、 Window s 3. x 、 Win dows 95、 Windows 98、 U N IX 或 L inux 系列、 W indows CE 、 Windows N T 、 N et War e 等。以下从不同的角度来回答和说明计算机操作系统的定义和特点。操作系统相当于计算机系统的 “管家 ”。所谓 “

32、管家 ”就是方便主人管理家务的人。实际上 , 每一个人在你的头脑里已形成有 “操作系统 ”, 管理和控制你的形体 ( 硬件 ) 和思维 ( 软件 ) 。而计算操作系统要管理的是计算机系统。学习过计算机组成原理或微机原理课程后 , 我们会知道 , 计算机系统是由两部分系统资源组成的 , 即硬件资源和软件资源。硬件资源包括中央处理单元 CP U ( centr

33、 al pr oces sing unit ) 、存储器 ( memor y、 st or e、 s tor age ) 和各种外围设备 ( per ipher al devices) 。软件资源包括系统软件 ( system softwar e) 和应用软件 ( application s oft war e) , 主要是指以各种文件形式储存的程序集合。那么对于操作系统这位 “管家 ”而言 , 要管理的 “家务 ”就是管理和控制计算机的软硬件资源 ,

34、不仅要 “看管 ”好软硬件资源 , 更要控制调度好 , 最终目标是要为计算机用户服务好 , 其中还包含提供各种有用的文档、资料和手册。2操作系统是为计算机用户服务的 , 它的主人就是用户。所以 , 计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件 ( 或程序集合 ) 。1. 1. 1 操作系统在软件层次中的地位从软件方面来看 , 计算

35、机软件分为系统软件和应用软件两大类。操作系统是最重要的大型系统软件之一。系统软件还包含实用程序和工具软件等服务程序的集合 , 因此 , 计算机操作系统是一种软件 , 属于系统软件。系统软件用于计算机的管理、维护、控制和运行 , 并对运行的程序进行翻译、装入等服务工作。应用软件是指那些为了某一类应用需要而设计的程序或

36、用户为解决某个特定问题而编写的程序或程序系统。例如 , 航空订票系统和银行计算机管理系统都是应用软件。另外 , 系统软件本身又可分为三部分 , 即操作系统、语言处理系统和常用的例行服务程序。其中语言处理系统包括各种语言的编译程序、解释程序和汇编程序 ; 常用的例行服务程序的种类很多 , 通常包括库管理程序、链接编辑程序等

37、。软件内容见表 1-1。表 1 -1 软件内容操作系统语言处理系统系统软件常用的例行服务程序软件应用软件操作系统由系统程序员开发、研制和编写 , 并把它 “灌制 ”在外部存储器 ( 例如 , 硬磁盘、软磁盘或光盘上 ) , 在相应的计算机硬件 “平台 ”上运行。所以操作系统不同于由用户编写的应用软件。同时 , 操作系统虽属于系统软件 , 却又不同于其它系统软

38、件。因为其它系统软件都受操作系统的管理和控制 , 并得到操作系统的支持和服务。所以对于任何一个现代通用计算机系统来说 , 可以没有其它软件 , 但决不可以没有操作系统。其次 , 操作系统的设计必须兼顾面对用户和软硬件资源两个方面 :从用户角度看 , 操作系统可以看成是计算机 “裸机 ”( bar e machin e) 的硬件扩充。因为有了操作

39、系统 , 计算机就变成更为强大的一台虚拟计算机 , 像是硬件的 “扩充 ”。裸机是计算机的物质基础。没有了硬件 , 软件也就失去了作用 ; 而若只有硬件 , 没有配置相应的软件 , 计算机就不能发挥它潜在的能力 , 硬件也就没有了活力。有人这样说 : 没有软件的裸机是一具僵尸 ; 而没有硬件的软件则是一个幽灵。如果我们给一个只有定点运算功能的

40、裸机配上浮点运算的软件 , 则计算机就具有了浮点运算的功能。因此 , 一个裸机在每加上一层软件后 , 就变成了一个 “新的功能更强的机器 ”称为 “虚拟机 ”。软件的作用就是将原来的机器改造成强功能的虚拟机。操作系统与软硬件关系的层次关系如图 1-1 所示。3计算机用户各种应用软件汇编、编辑、编译软件和例行服务程序等计算机操作系统裸机

41、图 1-1 操作系统与软硬件关系的层次示意图由图可见 , 操作系统是最贴近硬件的一层软件 , 所以说操作系统是硬件的扩充。从人机交互方式来看 , 操作系统是用户与机器的接口 ( in ter face) , 具有友好方便的用户接口界面。一般用户使用现代计算机 , 不一定要知道计算机内部原理是用二进制计数 , 以及内部数据是如何存放的。现在用户使用

42、计算机 , 不必像最早期那样 , 要用一大堆的“0”和 “1”来输入二进制数据和控制计算机运行。因此 , 现代操作系统必须具有用户与计算机间友好方便的界面。对普通计算机用户而言 , 离开了操作系统几乎无法工作。我们每个人都有这样的经验 , 友好交往要见 “面 ”“远看身材近看脸 ”。因为呈现给用户的最直观的印象首先是显示器屏幕上一种界面。

43、 DOS 和 U N IX 操作系统的模样是命令提示符和闪动的光标 , Windows 操作系统则是展示各种图标的 “桌面 ”。面对着界面 , 我们便可以对操作系统这位 “管家 ”发布各种命令了。从管理者角度看 , 操作系统也是管理资源的程序扩充。而且与计算机用户的应用特点有关。例如 , 科学计算、数据处理和实时控制等。因此 , 从管理资源的角度来看 , 操

44、作系统是所管理资源的程序扩充。操作系统所做的工作就是分门别类的管理 , 并详细记录资源的使用情况 , 再按一定策略对资源进行调度分配 , 为用户服务。不同的操作系统管理的策略和方法是不同的。从计算机的系统结构看 , 操作系统是一种层次化、模块化结构的程序集合 , 属于有序分层法 , 核心内部有很多有用的 “程序模块 ”, 操作系统

45、工作时按一定的策略进行模块的有序层次调用。由精明强干的核心管理机构 “内核 ”( ker nel) 进行集中管理和控制。从本课程的知识体系结构来看 , 首先 , 操作系统是计算机技术和管理技术的结合。在现代社会中 , 先进的管理技术和先进的科学技术是现代社会经济发展的两个 “车轮 ”。管理的好坏主要表现在下列两方面。首先 , 管理机构利用最

46、少的资源投入 , 取得最大的、合乎需要的成果产出 , 即高效性。其次是管理的方法和技巧 , 要适应环境条件的变化 , 特别是当代计算机的飞速发展 , 一日千里 , 千变万化。例如 , 按 “摩尔 ”定理所示 , 计算机虽然至今还是二进制式的原理 , 并没有新突破 , 但由于大规模、超大规模集成电路技术的成熟发展 , 计算机的价格性能比 , 约以每 18 个

47、月翻一番 , 或者说每 10 年以 100 倍的速度发展。新产品不断涌现 , 往往各种计算机的硬件和软件产品 , 用户还没有完全应用好计算机的各项功能时 , 产品已被淘汰 , 所管理的计算机 “固定资产 ”也很快 “贬值 ”。管理工作不同于作业工作 , 而是为作业工作提供服务的。但是 , 管理人员的管理内容必须与技术是结合的。例如 , 公司的总经理、学校校

48、长、医院院长和主任等 , 他们往往是管理者兼做专业业务工作 , 即所谓 “双肩挑 ”。科学包括三部分 , 即哲学、自然科学和社会科学。有人把 “科学 ”归纳为 “系统的知识 ”。4大多数搞技术工作的人学的是 “自然科学 ”, 但学一点 “哲学 ”是很有用的 , 能增强综合解决问题的能力。管理学与数学、物理等自然科学相比还不是一门精确的科学 , 而是正在发

49、展中的科学。目前 , 当管理人员在遇到问题时 , 并不能为管理者提供解决一切问题的 “标准答案 ”, 但通过管理学的学习 , 要掌握管理的理论原则和基本方法。因此 , 学习计算机操作系统这一门课程要注意与学习 “数、理、化 ”课程不同的特点 , 往往在解决实际问题时 “没有最好而只有更好 ”。生活在现代社会中 , 人们都有经验。例如 , 坐过公共汽车或火车 , 到饭店吃过饭 , 到百货店购过货物等等。接触

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