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 <P>　　第四章考试要点<BR>　　<BR>　　本章内容主要是:操作系统的功能、类型，多用户操作系统;进程及线程的概念，进程间的通信，进程管理，作业调度，作业控制，死锁;页式、段式、段页式存储，虚拟存储原理，地址转换机制，页面淘汰算法;文件和文件系统的概念，文件控制块，文件目录，文件分类与磁盘调度;输入输出控制方式，设备驱动程序，通道，中断，缓冲技术，SPOOLing系统;操作系统结构设计;网络操作系统;操作系统（DOS/Unix/Windows）的使用;操作系统技术发展。</P> 

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　　一、操作系统的基本概念
 　　
　　1.引言

　　现代计算机系统由硬件和软件两部分构成。硬件指的是构成计算机系统的物理设备。操作系统控制和管理所有的系统硬件（如处理器、存储器、各种设备），也控制和管理系统中所有的软件，操作系统对计算机使用者提供了一种良好的操作环境，也为各种应用系统提供了基本的支持环境。操作系统在硬件之上建立了一个服务体系，为各种软件提供强有力的支持，呈现在用户面前的计算机是一个方便的、友好的环境界面。现代计算机系统中硬件与软件之间的关系可分成若干层次。硬件（裸机）在最里层，是计算机系统工作的物质基础，它的外面是操作系统，通过系统程序对计算机系统中各类资源（处理器、存储器、设备、数据等）进行管理和提供方便用户使用的多种服务功能，隐蔽对硬件的复杂操作，把裸机改造成功能更强，使用更方便的系统。
 
　　2.什么是操作系统

　　有几种不同的方法考察操作系统
　　
　　（1）用户观点操作系统是用户与计算机之间的接口，有了操作系统，用户可以方便地使用计算机;在功能上，操作系统提供功能很强的系统调用，用户软件使用这些系统调用（也称管态）运行。

　　（2）资源管理观点操作系统是控制和管理计算机系统资源的程序，它的工作是当用户程序和其他程序争用这些资源时，提供有序的和可控的分配。

　　（3）进程观点操作系统环境中，常同时运行着多个程序（称为并发），这些同时运行的程序称为“进程”（process），或“任务”（task）。每个进程都完成各自的特定任务（如用户程序的运行，处理某个设备的输入输出……）。操作系统则控制和协调这些进程的运行。它从系统各部分可以并行工作为出发点，考虑管理任务的分割和相互之间的关系，通过进程之间的通信解决共享资源时带来的竞争问题。通常，进程可以分为用户进程和系统进程两大类。

　　（4）分层观点根据使用环境和对用户作业处理方式，操作系统的基本类型可能分为3大类:?批处理操作系统（batch processing operating system）;?分时操作系统（time sharing system）;?实时操作系统（real time system）随着网络技术的发展与普遍使用，共享网络资源的网络环境下的操作系统也已流行。网络环境下的操作系统又分成网络操作系统和分布式操作系统，网络操作系统是在各单机操作系统的基础上，按照网络体系结构的各个协议、标准进行开发，形成网络软件，包括网络管理、通信、资源共享、系统安全和多种网络应用等;分布式操作系统要求一个统一的操作系统，即废弃（或改造）各单机的操作系统，整个网络设有单一的操作系统。分布式操作系统负责全系统的资源分配和调度，为用户提供统一的界面。用户据此使用系统资源、完成所需任务。至于设备在何处用户是不必知道的，这称为位置透明性。分布式操作系统是一个逻辑上紧密耦合的系统。而网络操作系统用户则需指明欲使用哪一台计算机上的哪个资源。
　　
　　3.操作系统的功能

　　操作系统的职能是管理和控制计算机系统中的全部硬件、软件资源，合理组织计算机工作流程，并为用户提供一个良好的工作环境和友好的接口，系统资源管理和提供用户界面是操作系统的功能要点。

　　（1）处理器（处理机）管理处理器是计算机系统的心脏，在单用户系统或单道系统中，处理器为一个用户或一个作业服务，其管理简单。为提高系统资源利用率，引入多道程序技术，即多个程序（作业）同时运行，他们争用处理器，就要解决对处理器分配调度策略、实施分配和回收资源。许多操作系统是以作业和进程的方式进行管理，实现作业和进程的调度，分配处理器，控制作业和进程的执行。现代的操作系统更引入线程（Thread）作为分配处理器的基本单位。基于操作系统对处理器管理策略的不同，其提供的作业处理方式也就不同，如简单的批处理方式、分时处理方式、实时处理方式、多道成批处理方式和网络环境下的处理方式。从而，呈现在用户面前的就是不同的操作系统。

　　（2）存储管理计算机系统中，存储器（一般称为主存或内存）是运行程序、存放工作数据的，存储管理的工作主要是对主存储器进行分配、扩充和保护。系统中有多个程序（操作系统，实用程序和用户程序）共享存储器，它们彼此之间不能相互干扰和破坏，这就是存储保护问题。当计算机系统中运行的程序所需要的主存容量超过系统所提供的主存容量时，如何利用外部存储器作为主存的后援，为用户提供一个容量比实存（实际内存）大得多的虚存（虚拟存储器），让用户可运行一个比实存大的用户作业，这就是内存扩充问题。

　　（3）设备管理现代计算机系统常常配置很多种类的输入输出设备，它们的输入输出速度差别很大，计算机系统常常采用通道、控制器、设备三级控制方法管理这些设备，设备管理的任务就是监视这些资源的使用情况，根据一定的分配策略，把通道、控制器和设备分配给请求输入输出操作的程序，并启动设备完成所需的操作。为了发挥设备和处理机的并行工作能力，常常采用缓冲技术和虚拟技术。

　　（4）文件管理（信息管理）用户使用计算机系统处理数据（信息），这些数据和程序作为文件储存在外部存储器（如磁盘、磁带、光盘等）上，文件管理的任务是管理文件的存储空间，提供信息的共享和保护，允许多个用户协同工作又不引起混乱。

　　（5）用户接口（工作管理）上述四项功能是操作系统对硬、软件资源的管理，操作系统也必须为用户提供一个友好的用户接口———命令接口和图形接口。一般，用户通过两种命令接口请求操作系统的服务。一种接口是作业一级的接口，即提供一组操作命令，如UNIX和Linux的shell命令语言或作业控制语言（JCL）让用户组织和控制自己作业的运行。作业控制又分成两类;联机控制和脱机控制。另一种接口是编程接口，即提供一组系统调用命令（又称进管指令SVC）供各种程序（实用程序，应用程序和用户程序等）调用，请求操作系统的服务，这些服务常可分成:处理器服务（作业、进程、线程管理），存储服务，设备服务，文件服务，用户界面服务，异常处理服务，其他类型服务等。

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4.操作系统的工作原理
　　
　　操作系统的基本特征是并发和共享。并发的意思是存在许多同时的活动（或并行的活动）;输入输出操作和处理器运行并行活动;在主存中同时驻留几道用户程序等都是并发的例子。并发活动会要求共享资源和信息，这就能提高资源的利用率。多道程序可以并发而共享资源，一个用户的任务也可以组织成几个子任务并发工作而提高运行效率。程序这样运行时，不能使输入设备，处理器和打印机并行工作，若忽略处理器加工数据的处理时间，则完成一批数据加工的时间为输入输出设备耗时的总和，若将这个计算任务分成3个子任务，并引入缓冲技术:输入子任务从输入设备读一批数据到输入缓冲区，处理子任务则把输入缓冲区中的数据处理后放入输出缓冲区，打印子任务则打印输出缓冲区中的内容，从而输入子任务可以与打印子任务并发工作，使完成一批数据加工的时间近似于较慢的设备速度。程序的并发执行，发挥了处理器与输入输出设备并发工作的能力，使系统的效率提高。多个计算程序同时驻留在主存储器中并行执行的程序设计方法称为多道程序设计，这种系统称为多道程序系统。多道程序系统能充分发挥处理器的利用效率，提高系统资源的利用效率。既然他们同处在一个系统中，一个任务（或子任务）的执行会受到其他任务（或子任务）的影响（又称为制约）。
　　
　　5.操作系统的硬件基础

　　现代计算机系统设备的发展异常迅速，导致了控制技术的发展，设备控制的基本技术是中断。

　　（1）中断的基本概念在计算机系统中，中断是改变处理器执行指令顺序的事件，被打断的程序可以在将来某个时候（可能在中断处理完成后立即或推迟，这是由操作系统控制的）恢复执行。计算机系统的中断既来自系统内部，也来自系统外部，分别称为内部中断和外部中断。①内部中断是系统本身在工作过程中出现的各种需要紧急处理的事件:一种是由于运行程序发生意外而产生的，另一种是运行程序需要发生的。内部中断也称为软件中断。②外部中断是由于硬件方面的原因，故也称为硬件中断，硬件中断往往是随机发生的，不是由正在运行的程序所控制的。外部中断和由于运行程序产生的例外中断常常称为强迫中断，而运行程序主动要求而产生的中断称为自愿中断。外部中断可进一步分成可屏蔽中断和不可屏蔽中断。不可屏蔽的中断是一些最紧急最重要的中断，如掉电等。可屏蔽的中断通过处理器内部的中断许可状态确定响应中断的次序或者不响应一些不重要（或不紧急）的中断请求。

　　（2）中断的响应与处理引起中断的事件（即原因）称为中断源。目前，大多数系统都采用中断向量的技术，所谓中断向量，实际上是一种指针，就是由硬件对不同的中断源将控制转移到不同的中断处理程序入口地址。所有的中断向量构成一个中断向量表，它们通常存放在一个专门的存储区域中，这个区域的地址可以是固定的;相应的处理程序的入口地址通常是在系统引导过程中，通过对系统配置的检测，得到系统中设备配置的情况，在操作系统装入过程中，填写中断向量表中的指针内容。中断处理程序对中断事件的处理分两步进行。第一步是保护好被中断程序的现场信息，即保存被中断程序的寄存器以及PSW（程序状态字）的内容，以保证被中断程序以后能继续运行;第二步是具体处理中断。中断处理完成后，处理器分配给发生中断时正在运行的进程，还是分配给另一进程，这取决于被中断的进程是可剥夺的还是不可剥夺的。如果是不可剥夺的，它重新得到处理器，否则，可能被别的进程（如优先级更高）夺得处理器。

　　二、进程管理

　　1.程序、进程和处理器

　　程序是指令的集合，每一程序完成确定的任务。在只允许一个程序运行的系统（称为单道系统）中，这个程序独占系统资源，而系统按程序的指令顺序运行，程序的顺序执行有两个基本特征，即程序的封闭性和程序的可再现性。封闭性是指程序运行时独占系统资源，只有程序本身能改变系统的状态;可再现性是指程序运行不受外部因素影响，只要初始条件相同，运行结果就相同。多道程序系统让多个程序在系统中轮流运行，当一个程序不用处理器时，另一个程序就使用。也就是说，处理器在程序间切换，从而获得宏观上的并行（微观上的串行），以提高处理器的利用率。这种切换，通常是由中断引起的。由于中断是以不可预测的次序发生，即程序的指令序列也以不可预测的次序前进，这样就会产生操作系统的另一特性:不确定性。即在多道程序系统中，顺序程序的封闭性和可再现性消失了。需要采用一个新的概念———进程来描述程序的执行，进程是运行中的程序。
　　
　　2.进程间的通信

　　在操作系统中，进程是可以独立运行的程序单位，系统中的各个进程并不是相互隔离的:一方面它们相互竞争使用有限的资源，如处理器、存储器、设备或文件等;另一方面，它们可能相互协作以达到用户作业预期的目的。因此，进程之间需要某种形式的通信。进程之间直接发生联系的称为相交进程（又称相关进程），否则为不相交进程。相交进程需要协调彼此间的相对运行速度，存在着直接制约的关系。不相交进程之间的联系将表现在资源使用上的间接制约关系。
　　
　　（1）互斥多道系统中，各进程可以共享各类资源，但有些资源却一次只能供一个进程使用。这种资源常常称为临界资源，如打印机、公共变量、表格等。互斥是要保证临界资源在某一时刻只被一个进程访问。

　　（2）同步一般一个进程相对于另一个进程的速度是不可预测的，也就是说，进程之间是异步运行的。为了成功地协同工作，有关进程在某些确定的点上应当同步它们的活动:一个进程到达了这些点后，除非另一进程已完成了某个活动，否则就停下来，以等待该活动结束。

　　（3）死锁当若干进程竞争使用资源时，可能产生下述情况:每个进程要求的资源都已被另一进程占用，于是也就没有一个进程能继续运行。这种情况称为死锁。

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　　3.信号量与P，V操作
　　
　　用顺序程序设计技术处理同步与互斥是十分困难的，为此引入信号量概念:信号量是一种特殊的变量，它的表现形式是一个整型变量及相应的队列:除了设置初值外，对信号量只能施加特殊的操作:P操作和V操作，P操作和V操作都是不可分割的原子运行，也称为原语（有时分别记为down（）和up（）或wait（）和signal（））。P操作的作用是将信号量S的值减1，若S的值成负数，则调用P操作的进程暂停执行，直到另一个进程对同一信号量作V操作。V操作的作用是将信号量S的值加1，若S的值小于等于0，从相应队列（关于S的队列）中选一个进程，唤醒它。

　　（1）互斥为了保护共享资源（如公共变量等），使它们不被多个进程同时访问，就要阻止这些进程同时执行访问这些资源的代码段，这些代码段称为临界区，这些资源称为临界资源。对临界资源访问的互斥要求可视作执行临界区的互斥要求。利用信号量可以方便地实现互斥临界区的管理要求。例如，令信号量mutex的初值为1，于是临界区就改写成下列形式的代码段。P（mutex）;临界区V（mutex）;由于mutex初值为1，P、V是原子操作，确实可以实现互斥。

　　（2）同步最简单的同步形式是:进程A在另一个进程B已到达点L2以前，不应前进到超过点L1。对此，可以令信号量proceed初值为0，实现这种同步的程序形式是: 进程A L1:P（proceed）; … …进程B L2:V（proceed）; … …更复杂一点的同步问题是单缓冲的生产者、消费者问题。
　　
　　4.高级通信原语

　　P、V操作是用来协调进程间关系的，编程较困难而且没有信息交换，故常称为低级通信原语。此外，P、V操作必须有共享存储器，而高级通信原语则提供两种通信方式:有缓冲区的通信和无缓冲区的通信。

　　（1）有缓冲区的通信方式中，有原语:

　　Write（Buffer_Name，Variable） 等缓冲区空再存入

　　Read（Buffer_Name，Variable） 等缓冲区满再取出
　　
　　（2）无缓冲区的通信，又称为消息传递，有原语:

　　Send（Who，Message） 发送消息给指定进程或一组进程
　　
　　Receive（Who，Message） 从约定进程接收消息有的系统还提供带标记的发送，有Send（Who，Message，Tag）用Tag可指定发送进程是否要等待接收进程取到内容以后再继续运行。一般接收者总是要等待消息到达后才继续运行。

　　三、系统核心
　　
　　操作系统核心位于计算机硬件之上，核心的目的是提供一种进程赖以生存的环境，其主要任务是接收中断并作基本处理，在进程之间切换处理器，处理进程之间通信。

　　1.基本硬件机构

　　（1）中断机构

　　为了使输入输出活动与处理器活动并行进行，当一台外部设备的传输操作结束时，应能中断正在运行的进程，由中断处理程序处理。
　　
　　（2）特权指令为使各并发进程不相互干扰，系统的部分指令集应保留仅供操作系统使用，这些指令称为特权指令，如允许与禁止中断，执行输入输出操作等。为了区分什么时候可以使用特权指令，什么时候不可以使用，系统至少具有两种工作状态，它们分别称为系统态和用户态，又称为管态和目态。特权指令只能在管态中运行。

　　（3）主存保护多道程序系统中，必须对各进程使用的主存加以保护，以防止其他进程进行未经许可的操作。保护机制应包含在主存寻址硬件中。

　　（4）时钟硬件的时钟以固定的时间间隔产生中断信号，这对于实现处理器的调度以及实现与时间有关的任务是不可缺少的

　　2.进程

　　（1）进程进程是一个程序关于某个数据集的一次运行。也就是说，进程是运行中的程序，是程序的一次运行活动。相对于程序，进程是一个动态的概念，而程序是静态的概念，是指令的集合。因此，进程具有动态性和并发性。在操作系统中进程是进行系统资源分配、调度和管理的最小单位，注意，现代操作系统中还引入了线程，它是处理器分配的最小单位。

　　（2）进程的状态及其转换多道系统中，进程的运行是走走停停的，它在处理器上交替运行，使它的运行状态不断变化，最基本的状态有3种:运行、就绪和阻塞。?运行（running）:正占用处理器。?就绪（ready）:只要获得处理器即可运行。?阻塞（blocked）:正等待某个事件（I/O完成）的发生。

　　（3）进程控制块进程是一个动态的概念，如何表示一个进程?在操作系统中，引入数据结构———进程控制块（简记为PCB）标记进程。PCB是进程存在的惟一标志，PCB描述了进程的基本情况。从静态的观点看，进程由程序、数据和进程控制块组成;从动态的观点看，是计算机状态的一个有序集合。程序是进程运行所对应的运行代码，一个进程对应于一个程序;有的程序可以同时对应于多个进程，这个程序的代码在运行过程中不会被改变，常称为纯码程序或可重入程序，他们是可共享的程序。进程控制块保存进程状态、进程性质（如优先程序）、与进程有关的控制信息（如参数、信号量、消息等）、相应队列和现场保护区域等。进程控制块随着进程的建立而产生，随着进程的完成而撤消。PCB是操作系统核心中最主要的数据结构之一，它既是进程存在的标志和调度的依据，又是进程可以被打断并能恢复运行的基础。核心通过PCB管理进程，一般PCB是常驻内存的，尤其是调度信息必须常驻内存。

　　3.进程管理

　　在操作系统中有许多进程，它们对应着不同的或相同的程序，竞争地使用着系统的资源。进程管理涉及到进程控制、队列管理、进程调度等。

　　（1）进程控制

　　进程的生命过程是从它被创建开始，直到任务终止而撤消，其间会经历各种状态的转换，它们都是在操作系统控制下完成的，为此，操作系统提供了对进程的基本操作，也称为原语。这些原语包括:创建原语（create），阻塞原语（block），终止原语（terminal），优先级原语（chang_prioriˉty），调度原语（schedule）。它们可以被系统本身调用，有的也以软中断形式（系统调用）供用户进程调用。他们都涉及现场队列管理等。当一个进程创建一个新的进程时，创建者称为父进程，被创建者称为子进程。通常操作系统中设置一个运行队列，一个就绪队列和若干个阻塞队列。在单处理器系统中运行队列只有一个成员。一般阻塞队列的个数取决于等待事件（原因）的个数。调度原语是按照确定的算法，从就绪队列中选择一个就绪进程，将处理器分配给它，修改这个进程的PCB内容。在操作系统中进程生命的简单活动是这样的:一个进程可以由系统创建（如用户运行一程序），也可以由用户进程用创建原语建立。新建立的进程开始时处于就绪状态。该进程的运行也会因等待某个事件（如I/O完成）的发生而处于阻塞状态，转入相应的阻塞队列。一旦相应事件发生后，将被唤醒原语叫醒而回到就绪队列。重复上述过程直至运行完毕。经终止原语作一些记录工作并撤消这个进程。

　　（2）进程调度

　　进程调度即处理器调度，它的主要功能是确定在什么时候分派处理器，并确定分给哪一个进程。在分时系统中，一般有一个确定的时间单位（称为时间片），当一进程用完一个时间单位时，就发生进程调度（又称上下文转换），即让正在运行的进程改变状态并转入就绪队列尾，再由调度原语将就绪队列的首进程取出，投入运行。进程调度的方法基本上分为两类:剥夺调度与非剥夺调度。所谓非剥夺调度是指一旦某个作业或进程占有了处理器，这个进程就占用处理器直到主动放弃处理器为止，相反，如果其他进程可获得处理器的使用权则是剥夺调度。在有些进程（如高优先级进程）需要快速服务的系统中，剥夺调度是非常有用的。例如，在实时系统中丢失一个中断的后果将是灾难性的。交互式系统中，为保证用户可接受的响应时间，剥夺调度也十分重要。在非剥夺系统中，短的作业常常等待长的作业，但所有进程受到的服务是公平的，响应时间是可以预测的。对就绪队列的处理体现了调度策略，常用的是按优先级处理。有两种确定优先级的方法，即静态优先级和动态优先级。静态是指进程的优先级在进程开始运行前确定，运行过程中不变，而动态优先则可以在进程运行过程中改变。进程调度的算法是服务于系统目标的策略，对于不同的系统与系统目标，常采用不同的调度算法，如:?先来先服务（FCFS）:又称先进先出（FIFO），就绪队列按先来后到原则排队。?优先数调度:优先数反映了进程优先级，就绪队列按优先数排队。?轮转法（round robin）:就绪队列按FCFS方式排队。每个运行进程一次占有处理器时间都不超过规定的时间单位（时间片）。若超过，即调用调度原语而形成就绪进程轮流使用服务器。

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　　四、存储管理
　　
　　1.引言

　　现代计算机系统中的存储系统常是多级存储体系，至少有主存（内存）和辅存（外存）两级。有的系统有更多级。主存是由系统实际提供的存储单元（常指字节）组成的一个连续地址空间，处理器可直接存取。辅存是指软盘、硬盘、光盘和磁带等一些外部存储部件，常用来存放暂不执行的程序和数据，处理器不能直接访问，需通过启动I/O设备，才能进行内存、外存交换。其访问速度慢，但价格便宜，常用作主存的后援设备。主存大小由系统硬件决定，是实实在在的存储，它的存储容量受到实际存储单元的限制。虚拟存储（简称虚存）不考虑实际主存的大小和数据存取的实际地址，只考虑相互有关的数据之间的相对位置，其容量由计算机的地址的位数决定。系统中主存的使用一般分成两部分，一部分为系统空间，存放操作系统本身及相关的系统数据，另一部分为用户空间，存放用户的程序和数据。

　　（1）地址重定位用户程序需调入主存运行，即从辅存把用户已经编译链接的目标程序（有时称为可执行程序）装入主存。由于用户作业的存储空间是运行时确定的，所以程序中的操作地址都采用相对地址（逻辑地址）的形式。把相对地址空间的程序转换成在绝对地址（物理地址）空间上能够执行的过程称为地址重定位，也称为地址映射或地址映像。地址重定位有两种:静态重定位和动态重定位。静态重定位是指在程序装入时完成，一般由软件实现;动态重定位是指在程序执行时实现地址转换，它通常由一个基本地址寄存器和一个加法器组成的动态重定位机制实现。

　　（2）存储管理的功能早期的单用户操作系统，一次只允许一个用户程序驻留，它拥有用户地址空间的全部访问权限，存储管理的任务是存储空间的分配与回收。在多道程序系统，多个程序同时驻留内存，如何有效地利用主存，如何让需要较大运行空间的作业运行，如何保护与共享主存等，都是存储管理应解决的问题。存储管理应提高存储资源的利用效率，又方便用户使用，存储管理的任务应具有如下功能:①分配与回收:主存分配方法有两种:静态分配与和动态分配。静态分配是指在目标模块装入主存时即取得所需空间，直至完成不再变动;动态分配则允许进程在运行过程中继续申请主存空间。采用动态分配方法的系统中，常配合使用合并自由区的方法，使一个连续的空区尽可能地大。②存储扩充:提供虚拟存储器，使计算机系统似乎有一个比实际主存储器容量大的主存空间。需考虑放置策略。③共享与保护:共享指共享在主存中的程序或数据，如多个用户共享编辑程序成编译程序等。由于多道程序共享主存，每个程序都应有它单独的主存区域，各自运行，互不干扰。

　　2.实存管理

　　（1）单一连续分配在单道程序系统中，主存区域的用户空间全部为一个作业或进程占用，单一连续分配方法主要用于早期单道批处理系统以及80年代个人计算机系统，单一连续分配方法主要采用静态分配方法，为降低成本和减少复杂度，常不对主存进行保护，会引起冲突而使系统瘫痪。

　　（2）固定分区分配固定分区分配法是把主存空间固定地划分为若干个大小不等的区域，划分的原则由系统决定。系统使用分区表描述分区情况。

　　（3）可变分区分配可变分区分配方法是将主存空间按用户要求动态地划分若干个分区。这样就消除了固定分区分配方法中的小作业占据大分区造成的浪费（这种浪费称为内碎片）。可变分区分配系统中初始时只有一个分区。随后，分配程序将这个区依次分给作业或进程。继续考察连续分配方案:一个作业必须占据相邻接的存储单元。在可变分区分配系统中，并不作出作业有多长的的假定（除了它们不能大于计算机内可利用主存的尺寸之外。当作业到达时，如果调度机构决定它们开始运行，它们就能获得必要的存储区，一点浪费也没有———存储区的分区与作业的长度相符。）但是，每种存储组织方案都包含一定程度的浪费。在可变分区分配系统中，主存中的作业在开始装入和归还自由区之前，主存浪费并不明显，这些自由区可以被其分作业使用。即使如此，剩余的自由区域可能变得很小。因此在可变分区分配系统中，确实会出现存储器浪费，这种现象称为外部碎片。①合并自由区在可变分区分配系统中，当一个作业完成时，能够检测到被释放的存储区是否与其他自由存储区域（自由区）相邻接。如果与其他自由存储区邻接，可以在自由存储区表记录上新增加一个自由区，或新的自由区与相邻接的现存自由区合并的单一自由区。合并相邻接的自由区以形成单个更大的自由区的过程叫做合并。用合并自由区的方法，我们重新获得最大可能连续的存储块。②存储拼接即使合并了自由区，经常发现分布在主存各处的破碎的自由区在主存中占据了相当数量的空间。有时，当一个作业申请一定数量的主存，而此时却没有单个的自由区大到足够装下这个作业，虽然自由区的总和大于新作业所要的存储区。存储拼接或存储紧凑也称碎片收集，移动存储器中所有被占用的区域到主存的某一端。这样留下单独的大的存储自由区，取代在可变分区多道程序设计中常见的许多小自由区。当所有可利用的自由存储区连续时，一个正等待着的作业能够调入运行，因为它的存储需求能被拼接形成的单个自由满足。③存储分配算法存储分配算法用来决定输入的程序和数据放到主存中的什么地方。

　　常用3种算法是:

　　**适应算法:选择最小的足够装入的可利用的自由区。对许多人来说，**适应看起来是最直观的，吸引人的算法。

　　首次适应算法:从主存低地址开始选择第一个足够装入的可利用的自由区。首次适应也具有直观吸引力，此算法可以快速做出分配决定。
　　
　　最差适应算法:最差适应说的是，总是将一个程序放入主存中最大的自由区。这种方法吸引人的原因很简单:在大自由区中放入程序后，剩下的自由区经常也很大，于是也能装下一个较大的新程序。

　　（4）交换上述3种方法都把用户作业完全地连续存放在一个存储区区域中，为了能在较小的主存空间中运行较大的作业，常采用交换技术。交换技术是指将作业不需要或暂时不需要的部分（进程）移到辅存，让出主存空间以调入需要的部分，交换到辅存的部分也可以再次被调入。实际上这是有辅存作缓冲，让用户程序在较小的存储空间中，通过不断地换出作业或进程而运行较大的作业。

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　　3.虚存组织

　　虚拟存储通常涉及存储空间大于计算机系统主存中可利用存储空间时的寻址能力问题。虚拟存储系统的特点是运行程序访问的地址不是主存中可以获得的，即运行进程访问的地址与主存可用的地址相脱离。运行进程访问的地址称为虚地址，主存中使用的地址称为实地址。一个运行进程可以访问的虚地址范围称为进程的虚地址空间，相应的，可使用的实地址范围称为实地址空间。

　　（1）分段存储组织可变分区分配方案中，主存中放置的程序常采用首次适应、**适应或最差适应算法实现，但运行的程序需连续存放在一个分区中。一个作业是由若干个具有逻辑意义的段（如主程序、子程序、数据段等）组成。分段系统中，允许程序（作业）占据主存中若干分离的分区。每个分区存储一个程序分段。这样，每个作业需要几对界限地址，判定访问地址是否越界也困难了。在分段存储系统中常常利用存储保护健实现存储保护。分段系统中虚拟地址是一个有序对（段号，段内位移）。系统为每一个作业建立一个段表，其内容包括段号与主存起始地址的对应关系、段长和状态等。状态指出这个段是否已调入主存，即主存起始地址指出这个段，状态也指出这个段的访问权限。分段系统的动态地址转换是这样进行的:进程运行时，其段表的首地址已在基本地址寄存器中，执行的指令访问虚存（s，d）（取指令或取操作数）时，首先根据段号s查段表，若段已经调入主存，则得到该段的主存起始地址，然后与段内相对地址（段内偏移量）相加，得到实地址。如果该段尚未调入主存，则产生缺段中断，以装入所需要的段。

　　（2）页式存储组织页式存储组织与存储组织相似。但是，主存被分划成若干定长的页，页式系统中虚地址是一个有序对（页号，页内位移）。系统为每一个进程建立一个页表，其内容包括进程的逻辑页号与物理页号的对应关系、状态等。页式系统的动态地址转换是这样进行的，进程运行时，其页表的首地址已在系统的动态地址转换机构中的基本地址寄存器中，执行的指令访问虚存地址（p，d）时，首先根据页号p查页表，由状态可知，这个页是否已经调入主存。若已调入主存，则得到该页的主存位置，然后，与页内相对位移组合，得到实地址;如果该页尚未调入主存，则产生缺页中断，以装入所需的页。

　　（3）段页式存储组织段页式存储组织综合了段式组织与页式组织的特点，主存被分划成定长的页，段页式系统中虚地址形式是（段号、段内页号、页内位移）。系统为每个进程建立一个段表，为每个段建立一个页表。

　　4.虚存管理
　　
　　实存管理中曾讨论过调入、放置（放入分区）和交换（swapping）等问题，虚拟存储系统同样存在这些问题。

　　（1）调入策略这涉及在什么时候一页或一段要从辅存调入主存，有两种算法:直到进程访问到某页或某段时，才把这个页或段调入主存，这称为请求调入方案;先行调入方案试图预测进程将要访问的是哪些页或段，则在访问以前先行调入这些页或段到主存。

　　（2）放置策略这涉及将调入的页或段放在主存的什么地方，页式系统可以放置在任一可利用的实页中，分段系统则类似于可变分区分配系统。

　　（3）置换策略这涉及到进程已用完了该进程的可用主存空间时，选择淘汰哪些页或段，腾出空间放置调入的页或段。在请求页式存储系统中，有若干淘汰算法（置换策略）:①最优（OPT）算法:选择不再使用或最远的将来才被使用的页，这是理想的算法，但难以实现，常用于淘汰算法的比较。②随机（RAND）算法:随机地选择被淘汰的页，开销小，但可能选中立即就要访问的页。③先进先出（FIFO）算法:选择在主存驻留时间最长的页，似乎合理，但可能淘汰立即要使用的页。另外，使用FIFO算法时，在未给予进程分配足够的页面数时，有时会出现给予进程的页面数增多，缺页次数反而增加的异常现象。④最近最少使用（LRU）算法:选择离当前时间最近的一段时间内使用得最少的页，这个算法的主要出发点是，如果某个页被访问了，则它可能马上就要被访问;反之，如果某个页长时间未被访问，则它在最近一段时间也不会被访问。存储管理策略的基础是局部性原理———进程往往会不均匀地高度局部化地访问主存。局部性表现为时间局部性和空间局部性两类:时间局部性是指最近被访问的存储位置，很可能不久的将来还要访问，如循环、栈等;空间局部性是指存储访问有成组的倾向:当访问某个位置后，很可能也要访问其附近的位置，如访问数组，代码顺序执行等。存储访问局部性最有意义的结果是，只要进程所需要的页面子集驻留在主存中，进程就可以有效地运行，根据局部性访问特性，Denning阐述了程序性能的工作集理论。简言之，工作集是进程活跃地访问的页面的集合。工作集理论指出，为使进程有效地运行。它的页面工作集应驻留在主存中。否则，由于进程频繁地从辅存请求页面，而出现称为“颠簸”（又称抖动）的过度的页面调度活动。此时，处理页面调度上的时间超过了程序的执行时间。显然，此时CPU的有效利用率会急速下降。当一个进程陷入颠簸状态时，有的系统将采用全局页面调度方法以试图消除颠簸现象，即将其他进程拥有的主存页面调出主存供这个进程使用.

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　　五、设备管理

　　1.引言

　　在计算机系统中，除了处理器和主存之外，其他的大部分硬设备种类繁多，特性各异，操作方式的差异很大，从而使操作系统的设备管理变得十分繁杂。

　　（1）设备的类型20世纪80年代以来，由于个人计算机、网络的发展，外部设备更趋多样化、复杂化和智能化。例如网卡、仿真终端、虚拟终端、Windows终端和X-Windows终端。为简化设备管理程序，常对设备进行分类:①按数据组织方式:字符设备（常对应于慢速设备）和块设备（常对应于快速设备）。②按资源性能性质:独占设备（如终端、打印机），共享设备（如磁盘），虚拟设备（采用某种技术，将高速设备如磁盘虚拟化为多个“高速”读卡机和打印机，以提高系统效率，这也称为spoolˉing（假脱机）技术。
　　
　　（2）设备管理的功能设备管理是对计算机输入/输出系统的管理，其主要任务是:实现对外部设备的分配和回收;启动外部设备;控制输入/输出设备与处理器或主存之间交换数据;实现对磁盘的调度;处理设备的中断，实现虚拟设备等。

　　（3）数据传输控制方式外部设备和主存之间常用的传输控制方式有4种:

　　①程序控制方式。处理器启动数据传输，然后等设备完成。程序控制方式不能实现并发。

　　②中断方式。中断方式的数据传输过程是这样的，进程启动数据传输（如读）后，该进程放弃处理器，当数据传输完成，设备控制器产生中断请求，中断处理程序对数据传输工作处理以后，让相应进程成为就绪状态。以后，该进程就可以得到所需要的数据。

　　③直接存储访问（DMA）方式。其基本思想是外部设备和主存之间开辟直接的数据交换通路。除了控制状态寄存器和数据缓冲寄存器之外，DMA控制器中还包括传输字节计数器、主存地址寄存器等。DMA方式采用窃取（或挪用）处理器的工作周期和控制总线而实现辅助存储器和主存之间的数据交换。有的DMA方式也采用总线浮起方式传输大批量数据。
　　
　　④设备连接现代计算机系统，系统对外部设备的控制常分为3个层次，即通道、控制器和设备。控制设备的软件分为与设备有关的和与设备无关的两大类。前者与具体的设备类型有关，设备驱动程序就是与设备有关的;与设备无关的软件主要用于在用户一级提供统一的接口，包括处理控制器的公共部分。需要处理的内容包括:为设备驱动程序提供统一的接口、设备命名、设备分配与回收、错误报告、块设备空间管理、缓冲管理等等。

　　（4）组块与缓冲通常高速外设的输入输出操作是以块为单位的，如磁盘块的大小是固定的。所谓块，又称为物理记录，是实际从设备读取或写到设备上的信息单位。相应的逻辑记录是从用户观点考察的一个信息单位。为了提高辅助存储器尤其是磁带的利用率，一般由若干逻辑记录组成一个物理记录，这称为组块技术。缓冲是一种暂存技术。它利用某个存储设备，在数据的传输过程中进行暂时的存储。缓冲技术的引入，有效地改善了处理器与输入输出设备之间速度不匹配的情况，也减少了设备的中断请求次数。缓冲技术可以采用硬件缓冲和软件缓冲两种。硬件缓冲是利用专门的硬件寄存器作为缓冲区;软件缓冲是利用操作系统的管理，用主存中的一个或多个区域作为缓冲区，进而可以形成缓冲池。

　　（5）虚设备采用假脱机技术，可以将低速的独占设备改造成一种可共享的设备，而且一台物理设备可以对应若干台虚拟的同类设备。假脱机简称spooling，是利用多道程序技术，采用一组程序或进程模拟一台输入输出处理机，脱机输出是使用虚设备技术的典型例子。在现代计算机系统中，每个窗口可以用一台设备来模拟自身，如常见的多窗口技术，即在一个终端上开多个窗口，每个窗口可以独立地进行显示，以监视用户不同任务的执行情况，这是通过缩小显示区域、平铺或重叠显示来模拟多个显示器的。

　　2.设备的分配
　　
　　设备分配的原则是按照设备特性和用户要求来决定的。设备分配的目的是既要充分发挥设备的使用效率，尽可能地让设备忙;又要避免形成死锁;另外，还要做到设备的独立性，即用户程序面对的是逻辑设备，分配程序将在系统中把逻辑设备转换成物理设备之后，再根据要求的物理设备状态进行分配。设备分配有两种方法，即静态分配方法和动态分配方法。静态分配方法是在用户作业开始执行之前，系统一次分配该作业所需求的全部设备、控制器和通道，一旦分配之后，这些设备、控制器和通道就一直为该作业所占有，直到该作业终止而撤消。显然，设备的使用效率低。动态分配在进程运行过程中根据运行的需要而进行。当进程需要设备时，通过系统调用命令申请设备，由系统按照设定的策略分配相应的设备、控制器和通道给进程，一旦用完以后，便立即释放。动态分配方法有利于提高设备的利用率，但如果分配算法选用不当，有可能产生死锁。

　　3.磁盘调度算法
　　
　　设备的动态分配算法与进程调度相似，也是基于一定的分配策略的。常用的分配策略有先请求先分配、优先级高者先分配等策略。在多道程序系统中，低效率通常是由于磁盘类旋转设备使用不当造成的。操作系统中，对磁盘的访问要求来自多方面，常常需要排队。这时，对众多的访问要求按一定的次序响应，会直接影响磁盘的工作效率，进而影响系统的性能。访问磁盘的时间因子由3部分构成，它们是查找（查找磁道）时间、等待（旋转等待扇区）时间和数据传输时间，其中查找时间是决定因素。因此，磁盘调度算法先考虑优化查找策略，需要时再优化旋转等待策略。①先来先服务（FCFS）调度:按先来后到次序服务，未作优化。②最短查找时间优先（SSTF）调度:FCFS会引起读写头在盘面上的大范围移动，SSTF查找距离磁头最短（也就是查找时间最短）的请求作为下一次服务的对象。SSTF查找模式有高度局部化的倾向，会推迟一些请求的服务，甚至引起无限拖延（又称饥饿）。③SCAN调度:又称电梯算法，SCAN算法是磁头前进方向上的最短查找时间优先算法，它排除了磁头在盘面局部位置上的往复移动，SCAN算法在很大程度上消除了SSTF算法的不公平性，但仍有利于对中间磁道的请求。

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　　六、文件管理

　　1.引言
　　
　　计算机系统中还有另一类资源是软资源。软资源包括各种系统程序、各种实用程序、各种应用程序、各种应用领域的程序，也包括大量的文档材料。每一种资源本身都是具有一定逻辑意义的、相关信息的集合。在操作系统中它们以文件形式存储。大多数应用中，文件是最重要的元素，每个应用总要使用和产生数据。一般从文件中输入数据，其产生的数据也存入文件而长期储存，供以后使用。系统的重要作用之一是能快速处理大量信息，因此数据的组织、存取和保护是操作系统必须提供的一个重要的功能。文件系统是操作系统中组织、存取和保护数据的一个重要部分。

　　（1）文件的概念文件是信息的一种组织形式，是存储在辅助存储器上的具有标识名的一组信息集合。它可以是有格式的，也可以是无格式的。与文件相关的概念有:数据项、记录、文件和数据库。数据项是数据的基本单位，一个数据项有一个值，数据项可能是定长的也可能是可变长度的。记录是相关数据项的集合，与数据项类似，记录的长度可能是定长的，也可能是可变长度的。文件是记录的集合，文件是一个实体，被用户或应用程序按名字访问，为了安全，每一文件都有访问控制约束。数据库是相关数据的集合，数据元素之间有直接的联系，这些联系是在设计时为若干个不同的应用而设计的。数据库本身可由若干文件组成。

　　（2）文件系统操作系统的文件系统包括两个方面:一方面包括负责管理文件的一组系统软件，另一方面包括被管理的对象———文件。文件系统的主要目标是提高存储器的利用率，接受用户的委托实施对文件的操作。为此要解决的主要问题是:管理辅助存储器，实现文件从名字空间到辅存地址空间的转换，决定文件信息的存放位置、存放形式和存取权限，实现文件和目录的操作，提供文件共享能力和安全设施，提供友好的用户接口。

　　（3）文件类型文件有多种分类方法，这是根据文件的性质和用途区分的。①按文件的用途可以分为系统文件、库文件和用户文件等。②按文件的信息流向可以分为输入文件、输出文件和输入输出文件等。③按文件的组织形式可以分为普通文件、目录文件和特殊文件等。特殊文件是UNIX系统采用的技术，是把所有的输入输出设备都视作文件（特殊文件）。特殊文件的使用形式是与普通文件相似的。④按文件的安全属性可分为只读文件、读写文件、可执行文件和不保护文件等。
　　
　　2.文件的结构和组织

　　文件的结构是指文件的组织形式，从用户观点所看到的文件组织形式，称为文件的逻辑结构;从实现观点考察文件在辅助存储器上的存放方式，常称为文件的物理结构。

　　（1）文件的逻辑结构文件的逻辑组织是为了方便用户的使用，一般文件的逻辑结构可以分为两种:无结构的字符流文件和有结构的记录文件，后者也称为有格式文件。记录文件由记录组成，即文件内的信息划分成多个记录，以记录为单位组织和使用信息。记录文件有顺序文件、索引顺序文件、索引文件和直接文件。

　　①顺序文件:许多文件是顺序文件。顺序文件的记录定长，记录中的数据项的类型长度与次序固定，一般还有一个可以惟一标识记录的数据项，称为键（key），记录是按键值的约定次序组织。顺序文件常用于批处理应用，对于查询或更新某个记录的请求的处理性能不佳。
　　
　　②索引顺序文件:索引顺序文件是基于键的约定次序组织的，而且维护键的索引和溢出区域。键的索引也可以是多级索引。索引顺序文件既适用于交互方式应用，也适用于批处理的方式应用。

　　③索引文件:索引顺序文件是基于记录的一个键数据项组织的，而许多应用需按照别的数据项访问文件，为此，常采用索引文件方法，即对主文件中的记录按需要的数据项（一个或几个）建索引，索引文件本身是顺序文件组织。

　　④直接文件:直接文件又称哈希（Hash）文件，记录以它们在直接访问存储设备（DASD）上的物理地址直接（随机）访问。直接文件常用于需要高速访问文件而且每次访问一条记录的应用中。

　　（2）文件的物理结构文件的物理结构侧重于提高存储器的利用效率和降低存取时间。文件的存储设备通常划分为大小相同的物理块，物理块是分配和传输信息的基本单位。文件的物理结构是指文件在存储设备上的存储方法。文件的物理结构涉及文件存储设备的组块策略和文件分配策略，决定文件信息在存储设备上的存储位置，常用的文件分配策略有:
　　
　　①顺序分配（连续分配）。这是最简单的分配方法，在文件建立时预先分配一个连续的物理块集，然后，按照逻辑文件中的信息（或记录）顺序，依次把信息（或记录）顺序存储到物理块中。这样，只需知道文件在文件存储设备上的起始位置和文件长度，就能进行存取，这种分配方法适合于顺序存取，在连续存取相邻信息时，存取速度快。其缺点是在文件建立时必须指定文件的信息长度，以后不能动态增长，一般不宜用于需要经常修改的文件。

　　②链接分配（串联分配）。这是按单个物理块逐个进行的。每个物理块中（一般是最后一个单元）设有一个指针，指向下一个物理块的地址，这样，所有的物理块都被链接起来，形成一个链接队列。在建立链接文件时，不须指定文件的长度，在文件的说明信息中，只需指出该文件的第一个物理块块号，链接文件的文件长度可以动态的增长，只需调整物理块间的指针就可以插入或删除一个信息块。链接分配的优点是可以解决存储器的碎片问题，提高存储空间利用率。由于链接文件只能按照队列中的链接指针顺序查找，因此，搜索效率低，一般只适用于顺序访问，不适用于随机存取。
　　
　　③索引分配。这是另一种对文件存储不连续分配的方法。采用索引分配方法的系统，系统为每个文件建立一张索引表，索引表中每一表项指出文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。索引分配既可以满足文件动态增长的要求，又可以方便而迅速地实现随机存取。这是因为索引表中含有全部逻辑块号和物理块号之间的对应关系。对一些大的文件，索引表的大小会超过一个物理块，就会发生索引表的分配问题。一般采用多级（间接索引）技术，这时在由索引表指出的物理块中存放的不是文件信息，而是存放文件信息的物理块地址。这样，如果一个物理块能存储n个物理块地址，则一次间接索引，可寻址的文件长度将变成n×n块，对于更大的文件可以采用二级间接索引，甚至三级间接索引技术（如UNIX系统）。索引分配既适用于顺序存取，也适用于随机存取。索引分配的缺点是索引表增加了存储空间的开销。另外，在存取文件时需要访问存储设备两次，一次是访问索引表，另一次是根据索引表提供的物理块号访问文件信息，为了提高效率，一种改进的方法是，在对某个文件进行操作之前，预先把索引表调入主存（如Open命令），这样，文件的存取就能直接从在主存的索引表中确定相应的物理块号，从而只需要访问一次磁盘.

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　　3.文件访问方法

　　用户通过对文件的访问（读写）来完成对文件的查找、修改、删除和添加等操作。常用的访问方法有两种，顺序访问和随机访问。

　　（1）顺序访问顺序访问是按照文件的逻辑地址顺序访问。对无结构的字符流文件，顺序访问反映当前读写指针的变化，在访问完一段信息之后，读写指针自动加上这段信息的长度。
　　
　　（2）随机访问随机访问方法又分成两种:①一是根据记录的编号访问文件中的记录，或者根据读写命令把读写指针移到所需要的信息段开始处。②另一种是按键访问文件中的记录。文件的访问依赖于存放文件的存储设备的特性，也依赖于文件的分配策略。例如，磁带是典型的顺序访问设备，磁盘则是典型的随机访问设备。

　　4.文件存储设备管理
　　
　　文件存储设备管理也就是操作系统的辅存管理，是要有效的进行存储空间的管理。由于文件存储设备是分成许多大小相同的物理块，并以块为单位交换信息，因此，文件存储设备的管理实质上是对空闲块的组织和管理问题。有3种不同的空闲块管理方法，它们是位图法、链接法和索引法。

　　（1）位图法位图法使用一个向量描述整个磁盘，向量的每一位表示一个物理块的状态，如0表示空闲块，而1表示该块已使用。位图法易于找到一个或连续几个空闲块，此法适合每一种文件分配方法，另外，位图法本身很小，易于全部放入主存。

　　（2）链接法链接法使用链表把空闲块组织在一起，当申请者需要空闲块时，分配程序从链首开始摘取所需的空闲块。反之，管理程序把回收的空闲块逐个的挂入队尾，这个方法适用于每一种文件分配方法。空闲块的链接方法可以是如上述的按释放的先后顺序链接，也可以是按空闲块区（连续n个空闲块）的大小顺序链接。后者有利于获得连续的空闲块的请求，但在分配请求和回收空闲块时系统开销多一点。

　　（3）索引法类似于文件分配方法，索引法把空闲块作为一个文件并采用索引技术。为了提高效率，索引可以基于空闲块区而不是仅仅基于单个物理块。这样，磁盘上每一个空闲块区都对应于索引表中一个条目，这个方法能有效地支持每一种文件分配方法。
　　
　　5.文件控制块和文件目录

　　（1）文件控制块文件控制块是系统在管理文件时所必需的控制信息的数据结构，是文件存在的惟一标志，也称文件描述词，简记为FCB。FCB的内容包括相应文件的基本属性，大致可以分成4个部分:①基本信息:如文件名、文件类型、文件组织等;②保护信息:如口令、所有者名、保存期限、访问权限等;③位置信息:如存储位置、文件长度等;④使用信息:如时间信息、最迟使用者等。

　　（2）文件目录文件控制块的集合称为文件目录，文件目录也被组织成文件，常称为目录文件。文件目录结构形式有一级目录结构、二级目录结构和多级目录结构。

　　①一级目录结构:文件系统中只有一个目录文件的目录结构称为一级目录结构。其中，每一表项是一个文件控制块，对应于一个文件。一级目录结构易于实现，管理简单。但当系统中文件数增多时，查找时间较长，也会发生文件名重复（重名）的问题。

　　②二级目录结构:文件系统将目录分为两级，就形成了二级目录结构。这时，第一级目录称为主目录，主目录表项记录用户名及相应用户目录的存储位置。第二级是用户目录，以顺序表形式存放该用户文件的文件控制块。二级目录虽然都组织成顺序表，由于都不会很长，查找时间快，而且各个用户只要保证自己的文件名称不重复就不会发生重名问题。对文件的共享和文件的保护也比一级目录结构好。

　　③多级目录结构:如果将二级目录的级数增加，就形成了多级目录。也称为树型目录结构。在多级目录结构中，常常将第一级目录作为系统目录，称为根目录（树的根节点）。目录树中的非叶节点指出目录文件，非目录文件一定由叶节点指出。叶节点也可能指出目录文件，即空目录。在多级目录结构中，从根出发到任何一个叶节点有且只有一条路径，该路径的全部节点名构成一个全部路径名，又称绝对路径名。为查找一个非目录文件就使用它的全路径名，多级目录结构更加完善了文件结构的查找范围，更好地解决了文件的重名问题，增强了文件的共享和保护措施。

　　6.文件的使用

　　（1）工作目录也称当前目录。在多级目录结构的文件系统中，文件的全路径名可能较长，也会涉及多次磁盘访问，为了提高效率，操作系统提供设置工作目录的机制，每个用户都有自己的工作目录，任一目录节点都可以被设置为工作目录。一旦某个目录节点被设置成工作目录，相应的目录文件有关内容就会被调入主存，这样，对以工作目录为根的子树内任一文件的查找时间会缩短，从工作目录出发的文件路径名称为文件的相对路径名。文件系统允许用户随时改变自己的工作目录（如命令CD）。

　　（2）文件的使用一般文件系统提供一组专门用于文件、目录的管理。如目录管理、文件控制和文件存取等命令。①目录管理命令:如建立目录、显示工作目录、改变目录、删除目录（一般只可删除空目录）;②文件控制命令:如建立文件、删险文件、打开文件、关闭文件、改文件名、改变文件属性;③文件存取命令:如读写文件、显示文件内容、复制文件等。

　　（3）文件共享和安全文件的共享是指不同的用户使用同一文件。文件的安全是指文件的保密和保护，即限制未授权用户使用或破坏文件。文件的共享可以采用文件的绝对路径名（或相对路径名）共享同一文件。一般的文件系统，要求用户先打开文件，再对文件进行读写，不再使用时关闭文件。若两个用户可以同时打开文件，对文件进行存取，这称为动态文件共享。文件的安全管理措施常常在系统级、用户级、目录级和文件级上实施。①系统级:用户需注册登记、并配有口令，每次使用系统时，都需要进行登录（login），然后输入用户口令（password），方能进入系统;②用户级:系统对用户分类并限定各类用户对目录和文件的访问权限;③目录级:系统对目录的操作权限作限定，如读（R）、写（W）、查找（X）等;④文件级:系统设置文件属性来控制用户对文件的访问，如只读（RO）、执行（X）、读写（RW）、共享（Sha）、隐式（H）等。对目录和文件的访问权限可以由建立者设置。除了限定访问权限，还可以通过加密等方式进行保护。

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　　七、作业管理和用户界面

　　1. 引言

　　作业（job）是系统为完成一个用户的计算任务（或一次事务处理）所做的工作总和。例如，对于用户编制的源程序，需经过对源程序的编译、连接编辑或连接装入以及运行产生计算结果。这其中的每一个步骤，常称为作业步，作业步的顺序执行即完成了一个作业。操作系统中用来控制作业的进入、执行和撤消的一组程序称为作业管理程序，这些控制功能也能通过把作业步细化，通过进程的执行来实现。用户的作业可以通过直接的方式，由用户自己按照作业步顺序操作，也可以通过间接的方式，由用户事先编写的作业步依次执行的说明，一次交给操作系统，由系统按照说明依次处理。前者称为联机方式，后者称为脱机方式。

　　2.用户作业管理
　　
　　（1）作业控制①联机作业方式:联机作业方式是通过直接输入作业控制命令，提交用户作业，运行用户作业。用户作业的提交是通过终端依次键入操作命令或可执行程序名提出运行请求，系统做出相应的处理，直至完成一个作业的计算要求。命令的输入有两种方式。一种是顺序键入，用户每打入一条命令，操作系统接收命令，解释执行然后等待用户打入下一条命令，直到作业完成为止。另一种是连续键入，用户打入一条命令，不等这条命令执行完成（让这条命令在后台运行），用户又可键入下一条命令，而连续键入若干命令形成了命令串，由操作系统自动地对这些命令逐个取出并解释执行，最后给出计算结果。②脱机作业方式:脱机作业方式是通过作业控制语言（JCL，也称为作业控制命令），编写用户作业说明书。这种方式中，用户不直接干预作业的运行，而是把作业与作业说明书一起交给系统（称为提交），当系统调度到这个作业时，根据作业说明书，由操作系统对其中的作业控制语言和命令逐条解释执行，直至完成。早期的脱机作业方式是操作员接收用户的请求再交给系统的，现代操作系统提供了让用户经终端把作业和作业说明书直接提交给系统的能力。

　　（2）作业状态及其转换用户程序、数据（及有关控制说明）是由用户或系统操作员使用各种终端、输入设备送

　　入系统的辅助存储设备中，这个过程称为作业的提交。处于提交状态的作业，其信息尚未全部进入系统。当作业的全部信息进入系统（如spooling系统中的输入井）时，该作业处于后备状态（又称收容状态），操作系统为其建立作业控制块（JCB），JCB中包含了作业的主要信息。作业调度程序从后备状态的作业中选取一个或若干个作业调入主存，建立进程并分配必需的资源，此时，这个（些）作业处于运行状态。当作业运行完成，该作业处于完成状态，系统将把该作业的结果输出，回收该作业占用的资源。作业的运行状态是由进程的状态描述的。

　　3.作业调度

　　作业调度主要是从后备状态的作业中挑选一个（或一些）作业投入运行。如何选择呢?根据不同的调度目标，有不同的算法。

　　（1）调度目标调度目标主要有以下5点:①响应时间快;②周转时间或加权周转时间短;③均衡的资源利用率;④吞吐量大;⑤系统反应时间短。这些目标是从不同的观点提出的，相互有冲突。通常，响应时间用于交互系统（如分时、实时系统）;周转时间或加权周转时间用于批处理系统，周转时间是指作业从提交到完成的时间间隔，加权周转时间是作业的周转时间与作业运行时间之比;系统反应时间是指作业从提交到获得处理器首次服务之间的时间间隔。

　　（2）调度算法作业调度算法有许多种，它们与进程调度相似，有的适宜于单道系统，有的适宜于多道系统。它们是:①先来先服务（FCFS）:按作业到达的先后次序调度，它不利于短作业;②短作业优先（SJF）:按作业的估计运行时间调度，估计运行时间短的作业优先调度，它不利于长作业，可能会使一个估计运行时间长的作业迟迟得不到服务;③响应比高者优先（HRN）:综合上述两者，既考虑作业估计运行时间，又考虑作业等待时间，响应比是 HRN=（估计运行时间+等待时间）/估计运行时间④优先级调度:根据作业的优先级别，优先级高者首先调度。

　　4.用户界面

　　用户界面也称为用户接口，其含义有两种，一种是指用户与操作系统交互的途径和通道，即操作系统的接口，另一种是指这种交互环境的控制方式，即操作环境。
　　
　　（1）操作系统的接口操作系统的接口又可分成命令接口和程序接口。①命令接口:命令接口包含键盘命令和作业控制命令;②程序接口:程序接口又称为编程接口或系统调用，程序经编程接口请求系统服务，即通过系统调用，程序与操作系统通信。（2）操作环境操作环境支持命令接口和程序接口，提供友好的、易用的操作平台。操作系统的交互界面已经从早期的命令驱动方式，发展到菜单驱动方式、图符驱动方式和视窗操作环境。

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　　八、其他管理

　　1.死锁问题

　　进程管理是操作系统的核心，在进程管理的实现中，如果设计不当，会出现一种尴尬的局面———死锁。如果一个进程正在等待一个不可能发生的事件，则称该进程处于死锁状态。在系统发生死锁时，一个或多个进程处于死锁状态。

　　（1）死锁条件产生死锁的主要原因是供共享的系统资源不足、资源分配策略和进程的推进顺序不当。系统资源既可能是可重用的永久性资源，也可能是消耗性的临时资源。可重用资源产生死锁存在4个必要条件，它们是:互斥条件，保持和等待条件，不剥夺条件，环路等待条件。

　　（2）对待死锁的策略显然，人们不希望发生死锁。处于死锁状态的进程不能继续运行，但仍占有系统资源，从而会阻碍其他作业的运行。对待死锁的策略，一般有下列4个策略:死锁的预防，死锁的避免，死锁的检测和死锁的解除。

　　2.多处理器系统与线程
　　
　　近年来，随着微电子技术的发展，使计算机系统由单处理系统发展到多处理机系统，后者又可按是否有共享主存分成紧密耦合的多处理器系统和由独立计算机系统构成的网络系统，网络系统又可分成局域网、城域网、广域网等。
　　
　　（1）紧密耦合多处理器系统

　　在紧密耦合多处理器系统（以下简称多重处理系统）中，进程可在各处理器之间透明迁移，因此，由于进程的并行执行，进程上下文切换等系统开销使多重处理系统的复杂度大大增加。多重处理系统的主要目标是为了提高系统的处理能力，也为了提高系统的可靠性（当某个处理器发生故障时，系统仍能正常工作———降级使用）。因此，多重处理操作系统除了单处理器操作系统的功能以外，还应提供处理器的负载平衡，处理器发生故障后的结构重组等。一般，多处理器系统的操作系统可以分为3类:主从式，分离执行和移动执行

　　（2）对称多处理系统与线程对称多处理器系统（简记为SMP系统）是近年来流行的计算机系统。它由若干同构的、甚至相同的处理器构成一个系统。如Solaris和Windows NT等就支持SMP系统。为了发挥多个处理器的作用，操作系统提供了线程（thread）机制，线程也称为轻进程（lightweight process）。

　　九、MS-DOS操作系统简介

　　MS-DOS是美国Microsoft公司为IBM PC微型计算机开发的一个单用户、单任务磁盘操作系统，也称为IBM-DOS或PC-DOS。和其它微型机操作系统一样，MS-DOS的主要功能是进行文件管理和设备管理，其中文件系统负责建立、删除、读/写、检索文件，而输入输出系统则负责驱动显示器、键盘、磁盘、打印机以及异步通讯口的工作。

　　1.MS-DOS的系统结构

　　MS-DOS采用层次模块结构，它由三个层次模块和一个引导程序组成。这三个模块是文件系统（MSDOS.SYS）、命令处理程序（COMMAND.COM）和输入输出系统（IO.SYS）。其中输入输出系统又由驻在ROM中的基本输入输出系统BIOS和系统盘上的BIOS接口模块两部分组成。MS-DOS是用户与物理机器的接口，用户通过它提供的一组键盘命令或一组软中断和系统功能调用来使用MS-DOS。命令处理程序（COMMAND.COM）可处理MS-DOS和操作员打入的键盘命令以及批处理文件。当命令处理程序执行操作员打入的键盘命令时，它就启动相应的程序运行。用户程序在运行过程中可以调用MS-DOS文件系统提供的一组系统功能调用。MS-DOS文件系统提供的系统功能调用主要有文件的建立、删除、读写以及其它各种文件操作。此外，它还管理内存、外设以及其它系统资源并为应用程序使用这组资源提供相应的系统功能调用。文件系统是MS-DOS的核心部分。当文件系统在处理系统功能调用时，要调用BIOS接口模块中的设备驱动程序提供的设备读写、控制等功能。最后由设备驱动程序调用BIOS驱动设备工作。BIOS是MS-DOS中惟一与设备有关的部分。由于它与硬件的关系较为密切，通常固化在ROM中，故也称为ROMBIOS。BIOS包括自检程序、一组设备输入输出子程序和装入程序。引导程序是在磁盘初始化时，由FORMAT命令写在软盘或硬盘的0柱0面1扇区上的，它在系统启动时用来查找和装入MS-DOS（IO.SYS和MSDOS.SYS）。

　　2.MS-DOS的存储管理

　　MS-DOS是基于单道程序设计方法的操作系统，它最早选用的微处理器芯片是Intel8088和8086。这类微处理器上共有20根地址总线，因而内存容量为1MB，编址从0开始到2 20 -1结束。其中除MS-DOS的常驻主存部分和硬件用于硬盘驱动、显示缓冲等需要外，可供用户使用的内存空间最多还剩余640KB。MS-DOS对用户空间采用单连续存储管理方法。当一个用户程序装入运行时，MS-DOS把整个用户区分配给它;当程序运行结束时，MS-DOS收回用户区以满足下一个用户程序的运行要求。用户区域最多只有640KB，这一限制使许多用户感到失望，因而从MS-DOS5.0开始管理的内存空间可以扩大到16MB（80286）或4GB（80386、80486），把所管理的内存空间可分成下列几类:

　　（1）常规内存把0KB至640KB的内存区域作为基本内存区，称为“常规内存”，可供所有的程序使用。其中MS-DOS5.0占用了一部分，其余可归用户使用。

　　（2）保留内存指定址在640KB到1MB之间的内存区域，这部分区域也称“上方内存”（Upper Memory—缩记为UMB）。该区域供硬件使用，保留给屏幕处理、ROM BIOS或其它设备使用。

　　（3）扩展内存定址在1MB之后的内存称“扩展内存”，一般程序不能直接使用扩展内存。扩展内存的使用要用XMS（Extended Memory Specification）规范提供支持，所以，扩展内存有时也简称XMS。Microsoft的HIMEM.SYS是一个符合XMS规范的扩展内存管理程序，因而，在使用扩展内存前应首先在CONFIG.SYS中加入安装HIMEM.SYS的命令。扩展内存的第一段，即1MB到1MB+64KB的区域称为“高内存区”（High Memory Area—缩写HMA）。用户可以要求把常规内存中的DOS大部分常驻程序移到高内存区，以腾出更多的空间让用户的应用程序使用。
　　
　　（4）扩充内存扩充内存是由EMS（Expanded Memory Specification）规范支持的内存，它被做成一块卡的方式插在扩充槽上，扩充内存可简称EMS。使用EMS时必须装入扩充内存管理程序EMM386.EXE。

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　　3.MS-DOS的文件管理

　　（1）文件和文件名在MS-DOS中，所有的程序和数据都是以文件的形式存储在磁盘上的。为了区分不同的文件，每个文件必须有一个惟一的标识，在MS-DOS中把文件的标识称为“文件引用名”，简称“引用名”。引用名由三部分组成，格式如下（［］中的部分是可以缺少的）:
［〈盘符〉］［〈文件名〉］［.〈扩展名〉］

　　（2）目录结构MS-DOS的文件系统采用树形目录结构，树中的每一个结点都有一个名字以供访问。树的结点分为三类:根结点表示根目录;树枝结点表示子目录;树叶则表示文件。根目录又称为系统目录，每张盘上只有一个根目录。根目录中能存储的目录和文件的数量是有限的，子目录中能存储的目录或文件是没有限制的，只要磁盘能容纳就行。根目录的代号为“”，不能改变，而子目录的名称可以自己定义，子目录名的格式与文件名类似，由不超过8个的有效字符组成。MS-DOS中把子目录也看做文件（称“目录文件”）。每一个文件在目录中占一个目录项，每个目录项由32个字节组成。当建立一个新文件时，MS-DOS会在指定的目录中建立该文件的目录项，登记文件名、指出文件长度、建立时间和日期、存放地址和属性等。在MS-DOS中，“簇”是磁盘空间的分配单位，一个簇由若干扇区组成（簇中扇区数取决于磁盘容量），首簇号指出文件在磁盘上的起始地址。文件的属性有“档案属性”（文件是否有备份）、“只读属性”（此文件只能读取，不能写入数据和删除）、“隐含属性”（文件被隐藏，可以使用但不能拷贝或删除）、“系统属性”（不能拷贝、删除和随意修改）等。

　　（3）绝对路径和相对路径在MS-DOS中允许用“绝对路径”和“相对路径”两种方式来寻找文件。文件的绝对路径是指从根目录到指定文件或目录的通路，这个通路是惟一的，其路径是由通路所经过的所有目录的目录名组成。绝对路径以“”开始，目录名之间用反斜杠“”隔开。如果只允许用户使用绝对路径来指定文件，显然会有以下两个不足:从系统的实现来看，文件的查找总是要从根目录开始，因而查找的时间较长;从用户的使用来看，用户总是从根目录开始指定其文件的路径，当路径较长时，用户常常感到很不方便。事实上，用户在上机操作的一段时间内，常常仅访问一个子目录下的文件。因此，为了提高系统效率和方便用户使用，在MS-DOS中引进了当前目录和相对路径的概念。在系统初始启动之后，当前目录就是根目录，以后，用户可以用“改变当前目录”命令进行修改。如果文件就在当前目录中，则仅指出文件名即可，MS-DOS将在当前目录中寻找该文件。如果文件不在当前目录中但在当前目录的下级目录中，则可指出从当前目录到指定文件或目录的通路，从当前目录开始的路径称“相对路径”。相对路径是不以“”开始的路径。为了在键盘命令中指出要求MS-DOS进行处理的某个文件或目录，在输入命令行中通常应打入:
［〈盘符〉］［〈路径〉］〈文件名〉或［〈盘符〉］〈路径〉用来指定某个文件或某个目录。为了方便起见，在下文中将它们称为“文件路径名”或“目录路径名”。
　　
　　（4）文件结构MS-DOS中文件的逻辑结构是流式文件结构，即文件中的信息不再划分逻辑记录。存储结构采用链接文件结构，但链接指针不是保存在文件的信息块中，而是集中保存在文件定位表FAT中。在MS-DOS中盘空间的分配单位是“簇”，簇的大小由盘的类型决定，对于双面软盘，簇的大小为1KB（两个磁盘块）。FAT表中每个登记项顺序编号，与簇号对应。在MS-DOS中的链接文件结构有四个特点:一是在文件目录项中指出文件的首簇号;二是文件的长度仅受盘空间容量的限制;三是文件定位表FAT也起到了“磁盘空间分配表”的作用，而不必再另用位示图等来表示磁盘空间的分配情况了，FAT中为“000”的登记项所对应的簇号就是当前空闲的盘空间;四是MS-DOS把文件的链接指针集中在FAT中，而不是分散在磁盘块中，因此，能很快地找到文件的存放位置，这种链接结构既可采用顺序存取方式，又可有效地进行随机存取。
　　
　　（5）文件的使用MS-DOS为应用程序提供了一组使用文件的系统功能调用:打开文件、建立文件、读文件、写文件、删除文件、改变文件读/写指针、关闭文件等。在使用文件前必须先“打开文件”（文件已存在的情况）或“建立文件”（文件不存在的情况），使用结束后要“关闭文件”。另外，用户可以用文件类型操作命令来管理和使用文件。关于文件的常用操作命令的具体使用请参考有关手册。

　　4.MS-DOS的设备管理

　　（1）块设备与字符设备

　　按主存储器与设备交换的单位来分类，MS-DOS把设备分成两类:块设备和字符设备。块设备交换信息的单位为“块”，块设备主要用于存储文件信息，硬盘和软盘都是软设备。在块设备上存储信息是按块组织的，程序执行时可以从这些设备上读取某个文件信息，也可以将某个文件信息存储到它们上面去。字符设备交换信息的单位为“字节”，字符设备主要是作为一种输入输出工具，例如，键盘、显示器、行式打印机等，字符设备上的信息往往是以字符为单位组织的。

　　（2）设备的驱动

　　MS-DOS设备管理的主要任务是提供各类设备驱动程序（包含在BIOS接口模块中），尽管各类设备的特性有很大差异，但设备驱动程序为文件系统MSDOS.SYS提供了一组统一的设备驱动功能和接口。文件系统就用规定的命令码调用设备驱动功能，完成一次输入输出操作。MS-DOS的设备驱动程序分三部分:设备头、设备策略模块和设备中断模块。设备头用于标识设备的类型是字符设备还是块设备。如果是字符设备，还必须定义该设备的设备名（即以后提到的设备文件名）。如果是块设备，还要指出该设备对应的驱动器个数（在MS-DOS中称为单元数）。另外，设备头必须指出设备中断模块和设备策略模块的入口地址。

　　（3）在MS-DOS中，除磁盘文件外，把一些常用的标准外部设备也看做文件，称为“设备文件”。设备文件的引用名为:

　　<设备名>［<序号>］［:］

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　　十、Windows操作系统简介

　　1.Windows发展简史

　　Microsoft公司从1983年开始研制Windows系统，最初的研制目标是在MS-DOS的基础上提供一个多任务的图形用户界面。第一个版本的Windows于1985年问世，它是一个具有图形用户界面的系统软件。1987年推出了Windows2.0版，最明显的变化是采用了相互叠盖的多窗口界面形式。1990年推出的Windows3.0是一个重要的里程碑，它以压倒性的商业成功确定了Windows系统在PC领域的垄断地位。现今流行的Windows窗口界面的基本形式也是Windows3.0开始基本确定的。1992年Microsoft公司又推出了Windows3.1版，为程序开发提供了功能强大的窗口控制能力，使Windows和Windows环境下运行的应用程序具有了风格统一、操作灵活、使用简便的用户界面。Windows3.1在内存管理上也取得了突破性的进展。它使应用程序可以超过常规内存空间的限制，不仅支持16MB内存寻址，而且在80386及以上的硬件配置上通过虚拟存储方式可以支持几倍于实际物理存储器大小的地址空间。Windows3.1还提供了一定程序的网络支持、多媒体管理、超文本形式的联机帮助设施等，对应用程序的开发有很大影响。Windows3.1及以前的版本均为16位系统，因而不能充分利用硬件迅速发展的强大功能。同时，它们只能在MS-DOS之上运行，必须与MS-DOS共同管理系统资源，故它们还不是独立的、完整的操作系统。1995年推出的Windows95已摆脱MS-DOS的控制，它在提供强大功能和简化用户操作两方面都取得了突出的成绩，因而一上市就风靡世界。Windows95提供了全新的桌面形式，使用户对系统各种资源的浏览和操纵变得合理而容易。Windows95提供硬件“即插即用”功能和允许使用长文件名，大大提高了系统的易用性。Windows95是一个完整的集成化的32位操作系统，采用抢占多任务的设计技术，对MS-DOS的应用程序和Windows应用程序提供了良好的兼容性。Windows98是继Windows95之后于1998年推出的新版本，它除继承Windows95的特点之外，全面增强了Windows95的功能，它提高了稳定性，使运行速度更快，增强了管理能力，扩大了网络功能，具有高效的多媒体数据处理技术。Windows NT是Microsoft公司于1993年推出的全新设计的操作系统，对硬件环境有较高的要求。它采用客户———服务器与层次式相结合的结构，可以在多处理器的网络服务器等系列机器上运行。它支持多进程并发工作，为它所包含的Win32、MS-DOS、OS/2子系统提供了优越的应用程序兼容性，这是此前任何其它操作系统无法相比的。
　　
　　2.Windows95

　　Windows3.1使得操作计算机的方法及软件开发技术发生了根本性的变化。但是，它还是以MS-DOS操作系统为基础的。1995年8年Microsoft公司发布了Windows95，它是一个不依赖MS-DOS的、完全独立的操作系统。Windows95不但具有更直观的工作方式、更出色的性能，而且为新一代软硬件提供新的功能和强大的能力。与Windows3.1相比，Windows95增加了许多新的功能，现将Windows95的新功能，新工具简介如下:

　　（1）安装简便安装Windows95既可在MS-DOS环境下也可在Windows3.1环境下进行，系统自动检测所有常用硬件，提供引导信息帮助完成安装过程。

　　（2）即插即用技术如果选用了专用Windows95设计的硬件设备，就可享受“即插即用”的方便。“即插即用”的含义是Windows95将自动完成新设备的安装工作，当把硬件插入系统后，由Windows95去解决设备驱动程序、跳线、开关等技术问题。对用户来说，插好即可使用。

　　（3）改进的用户界面Windows95被启动后，屏幕上将显示出各种图标的桌面，例如“我的电脑”、“网上邻居”、“回收站”等，在屏幕最底行的方框中还有“开始”按钮。当点击了“我的电脑”，就会在其窗口显示本台计算机的软盘驱动器、硬盘驱动器、光驱、打印机及控制面板等图标。只要点取这些图标就可将其打开，浏览其中的内容。当点击了“网上邻居”，则可在其窗口浏览该网络中所有计算机，使查看和使用网络更简单，并可使用网络中的共享资源。“回收站”是临时存放无用文件的场所，系统运行后，**作者删除的文件可被收集到“回收站”。当点击“回收站”图标后，就可在其窗口查看收集在回收站内的文件名称、原始位置、删除日期、类型及大小等。如果想要取回回收站内的文件，只要对选定的文件点选“撤消”命令就可使文件放回原来的位置，从而可恢复使用。如果回收站内的文件确实不再需要了，则可点选“清空回收站”命令来消除其中其中所有文件，以腾出磁盘空间。使用“开始”按钮能快速启动一个常用的程序或文档。当光标移动“开始”按钮就可打开“开始”菜单，点选其中的项就可快速启动程序、查找文件或获取帮助等。

　　（4）长文件名在Windows95中最多可以使用255个字符来给文件命名，用户可以使用文件名来表达文件的含义及内容。

　　（5）资源管理器Windows95的资源管理器是一个展示信息世界的视窗，为用户提供了对系统进行观察的窗口。它的功能如同Windows3.1中的“文件管理器”，但是，资源管理器管理的不只是文件，而且还管理“桌面”、“我的电脑”等系统资源。资源管理器可以显示各级目录和文件的信息，与Windows3.1的文件管理器相比，文件的查找速度更迅速，显示的信息更丰富，并且可以轻松地对文件和目录执行移动、复制、删除、重命名等编辑操作。
　　
　　（6）对MS-DOS提供更好的支持Windows95是一个不依赖于MS-DOS的、完全独立的操作系统，但没有把MS-DOS弃之不顾，而是为MS-DOS提供了更好的支持。Windows95是一个具有MS-DOS兼容性的操作系统，当需要的时候可以切换到MS-DOS方式，设置MS-DOS操作环境，使一些只能在MS-DOS操作系统下才能运行的应用软件也能正常运行。Windows95为MS-DOS应用程序在窗口运行提供更好的支持，一次能运行多个MS-DOS应用程序，为MS-DOS应用程序提供更多的自由内存等。

　　（7）Internet访问工具Windows95内置了对连接Internet的支持，用户可以直接访问Internet进行电子通信。利用网络可以在互联的计算机上传输文件、进行并行计算、共享网络中的打印机及其它资源。此外，Windows95增加并完善了多媒体的使用功能，能自动播放CD、VCD、动画、普通的声音文件及录音等。新增加的特性和功能进一步挖掘了计算机的潜力，使得计算机变得更加好用，使计算机的性能提升到更高水平。

　　3.Windows的使用

　　Windows95具有全新的画面和容易使用的操作界面。Windows95中文版也是微软公司推出的32位中文操作系统，

　　为用户提供了可视的操作环境，使操作更方便;还安排了许多捷径，如捷径菜单、捷径图标等，为访问重要的文件和程序提供了一种快捷的方法。

　　（1）Windows95中文版的安装安装Windows95中文版的环境可以是MS-DOS系统环境，也可以是Windows3.1环境。如果从MS-DOS系统安装，可把安装盘插入A驱动器后键入命令:A:>SETUP然后根据屏幕上的提示进行安装。若要使用光盘进行安装（假定光盘的盘符为F），则可如下键入命令:F:P Win95>SETUP如果安装环境是Windows3.1，应在Windows3.1的运行状态从其“程序管理器”或“文件管理器”中激活“运行”操作的对话框，然后在对话框中输入:F:P Win95>SETUP即可。
　　
　　（2）Windows95中文版的启动当在计算机上安装了Windows95中文版后，就可很方便地启动它。打开计算机的电源就可以屏幕上看到Microsoft Windows的标志，然后将直接进入Windows95中文版的操作环境，在屏幕上会出现Windows95中文版的桌面、“欢迎”窗口以及“任务栏”。Windows95中文版的桌面上有许多不同的图标，例如，“我的电脑”、“网上邻居”、“回收站”、“收件箱”、“公文包”等。只要点击这些图标就可从它们的窗口中查看其内容，从“我的电脑”中可查看该计算机的硬件配置情况;从“网上邻居”中可浏览网络中的计算机;也可将要删除的文件丢弃到“回收站”或从“回收站”救回被丢弃的文件;利用“收件箱”可传递和接收电子邮件;通过“公文包”实现文件操作的同步，等等。“欢迎”窗口为用户提供联机帮助，每次启动时系统会在“欢迎”窗口给出提示，并设有“Windows漫游”、“新特征”、“联机注册”、“下一提示”、“关闭”等按钮。打开“Windows漫游”钮，按照系统的操作说明和窗口的指示可以学习Windows课程;按“新特征”钮后可以得到Winˉdows95中文版的帮助信息;按“下一提示”可以查看其它的提示信息;按“关闭”钮退出欢迎窗口。屏幕的下方是“任务栏”，在Windows95中文版中只要用户打开某一图标，系统就在任务栏上自动建立一个对应的图标按钮。“任务栏”左边有一个“开始”钮，当用户点击“开始”钮后，系统会打开一组多层次的“开始”菜单。用户根据需要选择菜单中的项，可以打开应用程序、改变系统设置、打开文档数据，或取得系统的帮助信息等。

　　4.Windows95中文版的运行

　　Windows95中文版是具有MS-DOS兼容性的操作系统，既能在Windows95中文版环境运行，也能进入MS-DOS的操作环境，使得一些只能在MS-DOS操作系统下才能运行的应用软件也能正常运行。

　　（1）运行方式的选择我们已经知道，对装有Windows95中文版的计算机，只要打开电源就可以直接进入Winˉdows95中文版的操作环境。如果想进入MS-DOS的操作环境，可采用如下几种办法:①开机时进入MS-DOS方式。当开打电源计算机完成硬件检测之后，在进入Windows95操作环境之前，屏幕上会出现Starting Windows95的揭示信息，且启动程序在此画面上暂停2秒。用户可以利用此2秒时间来选择操作环境，若在这段时间里按下了“F4”键，则启动过程就转为进入安装Windows95中文版之前的MS-DOS方式。当退出MS-DOS后，系统会自动重新启动Windows95中文版。

　　②从Windows95转入MS-DOS方式。如果要从Windows95中文版转入MS-DOS的操作环境，则可按“开始”钮，然后在“开始”菜单中点选“程序”命令，再点选“MS-DOS方式”项就可切换到MS-DOS的操作环境。但是，此时使用的是Windows95中文版上的MS-DOS系统。如果要退出MS-DOS方式，可以键入Win或Exit命令，系统将重新进入Windows95中文版环境。若在Windows95中文版的MS-DOS方式下程序不能顺利地执行，则可进一步设置MS-DOS方式。只要打开“MS-DOS方式属性”对话框，就可针对要运行的MS-DOS的工作模式。允许用户选择“当前的MS-DOS配置”（指开机时的配置或前一程序定义的配置）或“新定义的MS-DOS配置”，当用户选定后系统将进入指定的MS-DOS方式。当退出MS-DOS方式时，系统自动重新启动Windows95中文版。

　　③从“关闭系统”进入MS-DOS方式。当计算机被启动进入Windows95中文版后，按“开始”钮，再点选“开始”菜单最底部的“关闭系统”命令，此时屏幕上会出现“关闭Windows”的对话框。从对话框中点选“重新启动计算机并切换到MS-DOS方式”后，系统将退出Windows95中文版而进入MS-DOS方式。此时将使用Windows95中文版上的MS-DOS系统，当键入Win或Exit命令则可重新进入Windows95中文版环境。

　　（2）程序的打开与关闭Windows95中文版的操作一般都从“开始”钮开始，当按了“开始”钮就可从“开始”菜单点选其中的项或子项，这些选项对应的应用程序就被打开。系统为每一个被打开的程序建立一个窗口，各种操作都应在窗口中完成。Windows95中文版允许用户同时打开多个应用程序，同时执行多项任务，因此，经常要进行应用程序之间的切换。Windows95中文版提供了一种方便的切换方法。在Windows95中文版中，对于用户打开的对象，系统都会在桌面的“任务栏”上建立一个小图标按钮，如果希望切换到某个应用程序，只要点击“任务栏”上的对应图标，系统就会快速地把它对应的窗口切换成“活动窗口”。活动窗口出现在其它窗口的最前面，用户可以在活动窗口中进行操作。利用窗口上的“关闭窗口”钮，或者点选对应菜单中的“退出”命令，则可以关闭相应的程序。

　　（3）联机求助。Windows95中文版提供了完整的联机帮助信息，通过如下的途径可以得到求助信息:

　　①“欢迎”窗口。启动Windows95中文版后，使用屏幕上的“欢迎”窗口中的各种按钮，可以得到Windows95中文版的帮助信息。

　　②使用“帮助”命令。点选任务栏上“开始”钮，然后选“帮助”命令，系统就会找开一个“Windows帮助”对话框。用户可以从该帮助对话框中点选帮助项目，选定后由系统显示帮助内容，也可以按用户要求把帮助内容打印出来。
　　
　　③使用“F1”键。当用户打开了某个窗口后，不知道如何去操作，则可以按下键盘上的“F1”键，系统就会给出此窗口对应的帮助信息。

　　（4）创建快捷方式在Windows95中文版中，有时为了打开一个应用软件需要一层又一层地查找菜单，用户感到不方便。因此，Windows95中文版提供了快捷方式。用户可以把常用的文件和软件通过创建快捷方式放到桌面上，以后就可方便地直接在桌面上打开这些文件和应用软件。在Windows95中，用户可以在“我的电脑”所打开的窗口中创建快捷方式，也可以在“Winˉdows资源管理器”中创建快捷方式。首先，确定要建立快捷方式的对象，这些对象可以是文件、文件夹（在Windows95中文版中把文件目录称为文件夹）、驱动器、打印机等。然后，点选“文件”菜单下“创建快捷方式”命令，就会出现确定对象的快捷方式图标。最后，点选该快捷方式图标，把它拖曳到桌面的合适位置。当在桌面上建立了快捷方式的图标后，只要用鼠标直接点击图标就可打开对应的窗口。如果某个对象的快捷方式不再使用，则可随时删除它。不管是创建或删除快捷方式，都不会改变原始文档的任何数据和保存文档的位置。

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　　5.Windows98

　　Windows98操作系统是Windows95的升级，它承袭了Windows95的特点，改进了Winˉdows95中不尽周全之处，并且使所有在Windows95下的软件和新型的硬件设备发挥了最高作用。Windows98包括了传统操作系统和Windows95操作系统的一切功能，能支持16位/32位应用程序的运行，在支持传统的Windows应用程序的同时，还提供了许多增强的功能。

　　（1）Windows98操作系统的特点
　　
　　①稳定性高Windows98对内部的程序组进行了调整和改进，使其能更平稳地进行。Windows98定期自动检查硬盘操作状态、系统文件以及硬盘配置数据，并自动修正错误，以维持Windows98的正常运行。

　　②运行速度快Windows98在开机、关机、载入应用程序的速度上都有大幅度提高，缩短了等待时间。

　　③操作简便Windows98维持了与Windows95相似的用户图形界面形式，但在操作层次上更为清晰。Windows98还提供了增强型的即插即用功能，在设备安装的简易性上有很大提高。
　　
　　④强大的网络功能Windows98集成了本地计算机系统、局域网和因特网上的资源，可以直接操作各种网络和网页数据。

　　（2）Windows98的操作

　　①Windows98的安装Windows98的安装环境可以是MS-DOS，也可以是Windows3.1或Windows95。如果计算机系统中没有任何的Windows程序，则可以在MS-DOS环境下安装;如果希望保留已有的Windows应用程序，则需要在原来的Windows环境（Windows3.1或Windows95）下进行安装。安装操作与安装Windows95类似，如果从软盘装入，只要把安装盘插入A驱动器，在A驱动器的提示符下键入“SETUP”命令。如果要从光盘装入，只要启动Windows98目录下的安装程序“SETUP.exe”就行了。在安装Windows98的过程中。安装程序会给出各种提示，只要遵循画面上的指示，就可逐步完成Windows98操作系统的安装工作。

　　②Windows98的启动Windows98操作系统提供可视的操作方式，开机后系统自动检测计算机的各种硬件设备，然后进入Windows98的操作环境。这时，屏幕上会显示Windows98的“桌面”，桌面上有“我的电脑”、“我的文件夹”、“网上邻居”、“回收站”、“收件箱”、“我的公文包”等图标。在屏幕下方的“任务栏”中显示正在运行的应用程序的图标和开始钮。按开钮后，会显示一份开始菜单。开始菜单中列出了各种可以进行的操作，主要的操作有:Windows更新、程序组、个人收藏夹、文档、设置、查找、帮助、运行、注销、关闭系统等。用户可以选择自己需要的操作，当选定操作后就由相应的Windows应用程序来完成指定的功能。例如，选择了“更新”操作，就由Windows更新程序自动安装最新的设备驱动程序及系统文件，并允许使用者自行下载指定的驱动程序与系统文件。又如，选择了“程序组”操作，系统会把各个程序组（浏览器、附件、资源管理器、网络等）以文字和图标形式列出，点击其中的图标就可启动该程序。Windows98也是一个具有与MS-DOS兼容性的操作系统，用户可以根据需要决定是否进入MS-DOS操作方式。允许在启动Windows98时直接进入MS-DOS操作环境，也允许从Windows98的操作环境转换成MS-DOS操作环境。操作环境的转换操作类似Windows95。

　　③退出Windows98退出Windows98的操作很简单，只要按“开始”钮，在显示的“开始”菜单中选择“关闭系统”项，然后根据关闭系统的提示再选择，就可退出Windows98。

　　（3）Windows98的多任务运行Windows98提供多任务的运行环境，允许用户同时打开多个应用程序。Windows98使用了“进程”和“线程”的设计方法，采用了分时切换的运行方式，以实现多个应用程序的同时执行。

　　①进程Windows98为每个启动的应用程序创建一个进程，若同时启动了多个应用程序，系统中就存在多个进程。在Windows98中，为每个进程分配所需使用的资源。
　　
　　②线程线程是进程中进行数据处理操作的执行单位，每个进程中至少拥有一个主线程来进行数据处理操作。有时，一个进程要做若干件事情，其中每件事情都交给一个线程去处理。于是，一个进程中就同时存在多个线程。每个线程都是可以独立执行的，分别进行自己的数据处理操作。同一进程中的各线程共享进程所占用的资源，如内存空间、通信端口等。

    ③任务调度Windows98为每个线程确定一个优先数，每次总是选择优先数最大的线程占用处理器。一个占用处理器的线程可以在规定的时间片（20毫秒）内进行数据处理操作，当分配给它的时间片用完后，不管当前的数据处理任务是否完成，都将暂停该线程的运行，把处理器分配给等待运行的优先数最大的另一个线程进行操作。为了保证优先数小的线程也有机会进行操作，Windows98的调度程序会动态调整所有线程的优先数。由于每一个线程每次得到的时间片都很短，所以使每一个运行的应用程序都能不停地运转。正是这种分时切换的运行方式，为Windows98创造了多任务的操作环境。

　　（4）Windows98的网络与通信随着信息高速公路的发展，计算机连接网络的需求也越来越高。Windows98操作系统采用了全新设计的高稳定性、开放式、高效率的32位网络系统，直接支持各种网络的操作。Windows98支持对等网络系统的运行。每个安装了Windows98的计算机可以通过网络接口连接在一起，共享打印机、磁盘驱动器等设备资源。网络上的任务一台计算机都可作为网络服务器，也可作为网络上的客户。Windows98支持多种局域网络系统的操作。Windows98提供了连接和操作不同网络系统上服务器信息的接口，可以直接为局域网客户计算机服务。Windows98支持的局域系统主要有:Microsoft NT、Novell Net Ware。Windows98支持远程网络系统的操作。把安装了Windows98的计算机作为网络客户计算机，通过电话线路或其它高速通信线路与远程的计算机或网络系统连接，从本机直接拨号便可进入远程计算机或网络系统中的操作，享受远程网络系统服务器提供的各种服务，且可存取该服务器上的信息。此外，微软公司在Windows98中设计了Internet Explorer程序，因而可以操作因特网上的软件，使用因特网提供的服务。计算机与通信的结合是时代的潮流，Windows98提供了多种不同的32位通信服务。例如，电话系统拨号连接、发送和接收电子邮件、传真、远程访问电子信件、数据交换与传输等。

　　6.Windows NT

　　Windows NT是微软公司于1993年推出的32位操作系统，采用全新的设计技术，具有超强的性能。

　　1.系统结构

　　它可以分为两个大部分:Windows NT执行体与保护子系统（服务器部分），前者在核心态下运行，后者在用户态下运行。Windows NT有两类保护子系统:环境子系统和集成子系统。每个环境子系统是一个用户态的服务器进程，它可以仿真一个特定子系统，提供特定操作系统的应用编程接口（API），因此，Windows NT可以向用户提供多种操作系统的服务器模式。Windows NT最重要的环境子系统是Win32子系统，它向用户提供32位Windows的应用编程接口而且还提供图像用户接口，并控制所有用户的输入/输出。此外Windows NT还提供了POSIX环境子系统、OS/2环境子系统、MS-DOS环境子系统和16位Windows环境子系统。这样，UNIX用户、OS/2用户、DOS用户与Windows用户均可以以自己习惯的方式在Windows NT的支持下工作。集成子系统是完成操作系统重要功能的服务器。例如，安全子系统与网络子系统等。Windows NT的执行体在核心态下运行，除了用户接口以外，NT执行体本身是一个完整的操作系统，提供了一般传统操作系统支持的所有功能。执行体包括:对象管理、安全调用监视、进程管理、本地过程调用、虚存管理、内核（中断、异常和线程调度）、I/O管理程序（缓存管理、文件系统、设备驱动、网络服务）以及硬件抽象等。

　　（2）进程与线程在Windows NT执行体中，进程是由对象管理器创建和删除的对象。每个进程创建时只有一个线程。根据需要，进程可以创建更多的线程。大多数进程是用户态进程，用户态进程通过系统调用访问操作系统。当核心态完成服务，在将控制权交还用户程序前再将线程切换回用户态。应用程序在用户态下运行，Windows NT保护子系统也是如此。后者是提供重要的操作系统功能的用户态服务进程。多线程进程实现的并行避免了进程间并行的缺点:创建线程的开销比创建进程的小，同一进程的线程共享进程的地址空间，所以线程的切换（处理器调度）比进程切换快。NT内核采用基于优先级的方案选定线程执行的次序。高优先级线程先于低优先级线程执行，内核周期性地改变线程的优先级，以确保所有线程均能执行。线程是进程的活动成份，它可以共享进程的资源与地址空间，通过线程的活动，进程可以同时提供多种服务（对服务器进程而言）或实行子任务并行（对用户进程而言）。每个Windows NT进程创建时只有一个线程，根据需要在运行过程中创建更多的线程（前者亦可称“主线程”）。显然，只有主线程的进程就是传统意义下的进程。线程的优先级可以动态地改变。采用线程机制的最大优点是节省开销，传统的进程创建子进程的办法使其内存开销大，而且创建时间也长。

　　（3）保护子系统保护子系统是提供应用程序接口环境的服务器，Windows NT支持多个子系统，从而使它可以在不同的用户面前以不同的面貌（DOS、POSIX、Windows32等）出现。目前，Windows NT上可以运行MS-DOS、Windows、OS/2和符合POSIX标准的UNIX应用程序。Windows NT的保护子系统可分为两个大类:

　　①环境子系统:提供不同风格的操作环境，为用户仿真不同的操作系统（接收不同操作系统的命令、系统调用）。

　　②集成子系统:实现所必需的操作系统功能。实际上，系统保护、网络功能、文件管理、存储管理等都可以作为集成子系统来实现，即集成子系统是为实现操作系统功能不可缺少的。所有保护子系统都是在操作系统启动时由Windows NT创建的用户态服务器进程。Winˉdows NT的网络服务器可以在用户态下进行，也可以在核心态下运行（取决于如何设计）。它们在执行体的支持下工作，通过调用核心状态下运行的系统服务（它们提供基本服务功能），以自己的形式与风格向用户提供服务。子系统之间通过消息传递相互通信。每个子系统都设置了一个端口用于通信。当两个进程处于同一计算机时，使用本地过程调用（LPC）机制;当通信进程分处于不同的计算机时，使用远程过程调用（RPC）机制。一般地，用户进程与环境子系统之间也用同样的方式进行通信。Win3.2子系统是Windows NT中最基本的子系统，它由窗口管理程序、图形设备接口、操作系统功能块、控制台（提供文字窗口支持）以及图形设备驱动程序所组成，它向用户提供32位Windows功能，并控制所有用户的输入与输出。其他几个环境子系统分别提供了不同的操作系统（DOS，OS/2，UNIX）的应用编程接口。

　　（4）内核内核完成的主要任务包括:线程调度、中断接收及控制、处理低层多处理器之间的同步以及系统恢复。内核常驻内存，在核心态下运行，处理所有与CPU有关的操作。线程同样也可分为运行、等待、就绪等状态，以优先级为基础进行调度。除了将一个物理CPU转化为多个虚CPU之外，Windows NT的内核还要处理多CPU之间的同步，它保证在临界区只有一个处理机在执行。

　　（5）虚存Windows NT中执行体提供了虚拟内存的功能，任何环境子系统都以此为基础来提供管理主存的能力。Windows NT采用按需页面调度算法，当出现缺页时，它把所需页面及它附近的一些页面调入内存，以尽可能减少线程的缺页次数。在淘汰算法上，Windows NT采用了简单的FIFO方法。另外，Windows NT跟踪每个进程的工作集，可以根据工作集动态地来调整进程可用内存页面的数量。同时，它还实现了以页为单位的内存保护。NT中的虚存管理程序设计成可重入的，以保证它可以在多处理机系统中运行。

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　　十一、网络操作系统

　　1.计算机网络的概念

　　计算机网络的定义是:地域位置不同、具有独立功能的多台计算机系统，通过通信线路与设备彼此互联，在网络系统软件的支持下，实现更广泛的硬件资源、软件资源以及信息资源的共享。网络中的计算机系统可以是同型，也可以是异型的，在地域上可以在同一处，也可以分布在相距遥远的各个地方。网络中的多台计算机、外部设备、信息和其他资源既能独立使用、又能联合使用的方式连接。网络体系结构的关键是计算机与通信，它需要完成信息和数据的收集、存储、处理，也要完成信息和数据的传输、交换和共享，形成网络计算机的环境。计算机网络的构成按照地域分布情况分为广域网（WAN）和局域网（LAN）

　　2.网络操作系统

　　为计算机网络配置的操作系统常称为网络操作系统。对网络操作系统的观点有两种，一种是在现有的单机操作系统中增加网络功能，例如增加网络管理模块或网络层。另外一种是重新设计适合各种网络环境和互联的新型网络操作系统。目前，大部分操作系统采用了前一种方式，而对新推出的网络管理系统则采用后一种方式。不过，由于各类计算机网络的差异很大，从网络规模、结构、通信技术、通信协议，到与单机操作系统接口、硬件配置都有很大不同，建立一般性通用网络操作系统的设想受到很大限制，而且难度和复杂性都很大。因此，现时的网络操作系统多采用第一种方式建立。由于网络中的计算机都具有自己的操作系统（或者称局部操作），这些操作系统在种类和功能上又不尽相同，为了完成各个计算机系统之间的工作协作、数据通信、信息共享，就必须建立一套全网共同遵守的约定（如信息格式、内容、传输方式等），这就是网络通信协议。此外，网络操作系统必须为网络用户提供多种网络服务，如远程登陆、文件传输、电子邮件等服务，对网络资源进行总体管理，保证网络运行的可靠性和安全性。因此，有人也将网络操作系统称为网管系统。它与传统的单机操作系统有所不同，是建立在单机操作系统之上的一个开放的软件系统，面对的是各种不同的计算机系统的互联操作，面对各种不同的单机操作系统之间的资源共享、用户操作协调和与单机操作系统的交互，从而解决多个网络用户（甚至是全球的网络用户）之间争用共享资源的分配、管理以及网络间的安全控制。建立在本机操作系统上的网络操作系统也分为两种类型，一种是所谓外壳型，即在本机操作系统支持下，经过替换和扩充原操作系统的功能，建立一个独立的运行环境，对用户提供全面的网络服务。但其基础操作，如文件系统、I/O处理系统等仍然基于原本机操作系统，而且，要进入网络环境必须再次引导装入网络系统。另一种是整体性网络操作系统，通常称为网络管理系统，或网管系统。它主要运行在网络服务器上，有的也可将其一部分运行在网络各工作站点上。网络启动运行后，处于整体控制环境，并可以与任何接入网络的计算机系统的局部操作系统进行交互和通信。局域网络操作系统（LAN OS）是网络操作系统中的一大类，其主要对象是局域网络的联网及管理。LAN OS的发展大致分为三个阶段。其一是Omninet网阶段，操作系统名称为Constellation软件。它以CP/M DOS或AppleOS为单机操作系统支撑，以硬盘共享为基础，采用专用盘体、公用盘体、自由盘体支持网络用户的操作，对专用盘体采用存取要注册和口令以保护用户间操作的安全性，通信服务通过共享盘体中转。但该操作系统无统一的网络文件管理系统，使其使用效率较低。其二是以IBM和PCLAN等为代表的网络操作系统。它们的特点是基于DOSV3.1版本，并给予了扩充、增补和改造，以适应网络的多用户环境，提供了网络文件共享、假脱机（spooling）打印共享、电子邮件传递，网络名称服务等功能。这里，MSDOS的网络重定向功能的增加和IBM通信接口标准NETBIOS的颁布，为开发不依赖于具体网络操作系统的网络应用程序提供了实际的标准和支持。但由于DOS单进程内核机制、低效率文件系统和低速磁盘操作的限制，文件服务器的访问成为网络操作的瓶颈。因此，网络处理速度慢，用户站点支持少。其三，此间的局域网操作系统突破了DOS的限制，普遍采用了客户服务器模式，文件服务器成为局域网的核心，继而发展为多种服务器并存的多服务器网络环境。因此，必须要选择基于多任务的单机操作系统作为支持，并将它们进行扩充，建立网络通信时效，堪称具有网络支持功能的单机操作系统。同时，通过基于UNIX核心进行改造、重构形成相对独立的局域网络操作系统。例如:3COM的3+OPEN、MS的LANManager、IBM的LAN Server、Banyan的VINES、NovellR NetWare等。这些网络操作系统功能更完善，并加强了网络安全管理、网络容错功能、网络性能监测、统计和资源管理。这一阶段的网络操作系统对硬件和通信协议的依赖越来越少，支持各种类型的网络适配器控制器，可以使用多种网络协议进行通信，使网络互联方便易行。目前的主流操作系统经过不断地改进，为适合网络计算都毫无例外地加上了网络通信和远程处理的功能，有的由操作系统的内核实现，称为系统的网络通信，有的通过操作系统的配套软件实现网络功能扩充，称为网络套件，使这些主流操作系统都能够支持其特定的局域网络、支持常规局域网络和支持国际互联网络。例如:IBM公司1996年9月在原OS/2操作系统基础上推出的OS/2Warp4操作系统，MicroSoft公司1996年推出的WindowsCE操作系统，都具有网络计算功能。提供了系统管理和网络联网能力，可以与Internet互联网络交互，并与互联网络各种入网工具、浏览工具相匹配，提供若干新的非微机业务和消费工具，形成一种可以在通信、娱乐和网络计算工具等广泛领域中使用的操作平台。前者还采用了网络编程语言JAVA技术和语音识别软件，后者也提供了彼此通信、微机信息共享、数字信息寻呼，乃至蜂窝智能电话等功能。

　　3.网络操作系统的结构模式

　　从资源管理的角度，网络操作系统向用户提供一种一致性的操作界面，对网络环境下共享资源的范围和方式，有两种不同的观点。即对等（peer to peer）型资源共享和客户服务器型资源共享。对等型资源共享允许网上任一站点所拥有的资源（如磁盘、打印机等）作为网络公用资源，可以被其他网络用户共享。此时，本机操作系统支持前后台操作，当其前台执行应用程序时，后台支持其他网络用户使用该机资源。此种类型具有较好的灵活性，具有理想的资源共享，但由于站点机本身处理能力和存储器空间的限制，本地操作和网络业务间很难兼顾，导致处理速度下降。再者，资源服务分散在每个站点，协调和管理这些共享资源将使系统付出较大的开销，从而限制了网络规模的扩大。例如“PCLAN和LITE”系统的网络用户都限制在20个左右。客户服务器模型在网络应用中具体化了，网络中站点被分为两部分，一部分作为客户机，通常称为网络工作站，它可以访问网络中的共享资源，但本机的资源（如磁盘、打印机等）并不作为全网共享资源，只为本站点用户服务。另一部分作为服务器，它们专为网络提供共享资源，管理网络的通信，作为网络中的核心和关联设备。每个局域网至少有一台服务器，允许有多台服务器，分别提供不同的共享资源。仅运行网络操作系统，管理网络通信和资源共享的服务器称为专用服务器，既管理网络资源，又同时作为网络用户使用共享资源的服务器称为并发服务器（concurrent server）。基于客户服务器模型的局域网络操作系统的结构具有不对称性，分为服务器部分和工作站部分。网络操作系统的工作站部分包括系统外壳（shell）和通信协议模块构成，外壳是基于单机操作系统的扩充，负责处理用户命令和应用程序中的系统调用，作出判断和识别。如果是针对本机发出的命令或调用，交由本机操作系统（如DOS等）处理，如果是网络命令或调用，就将它们组装成一个网络请求包，送交通信模块，再通过网络卡送到网络联线上，最后到达服务器，从这个意义上说，网络操作系统的工作站部分仅是一个过滤器，也称网络重定向器，它不涉及本机的资源，只对网络命令和调用重新解释，并发送给服务器，等服务器处理完成后，接收服务器返回的处理结果（即响应）。可见，在任何情况下，工作站工作在本机操作系统的控制下工作，网络操作系统的这一部分不过提供了一个外壳。当然，不同的本机操作系统需要采用不同的工作站外壳。网络操作系统的服务器部分是它的核心，它既要通过通信协议与硬件打交道，又要管理服务器的各种资源，如处理器、磁盘、存储器、I/O设备、数据库等。它具有通信协议、多用户文件管理、I/O设备管理、进程管理等，形成一种完整的操作系统概念。

　　4.网络操作系统的功能

　　网络操作系统的设计思想和实现模式各不相同，但它必须都支持网络环境下的功能服务。这些功能是基本相同的，它们包括资源共享、多用户文件管理、网络安全、多通信协议、用户界面、网络管理、网络互联及电子邮件等。网络资源共享的重点是设备共享，局域网上共享的设备通常包括大容量存储设备（如磁盘、磁带、光盘及磁盘阵列等）、特殊输出设备（如激光打印机、大屏幕监视器、大型绘图设备、图形图像设备等）、通信设备（如调制解调器、传真机、网桥网关等）。网络设备的使用与本地设备相同，通过逻辑名进行访问，但必须先将设备名与网络设备连接，成为网络映射或重定位。局域网操作系统通常都支持服务器设备共享，也可将某台工作站配置为打印服务器作专门服务。网络中的共享资源通常放在不同的服务器上，用户登录到一个服务器一般仅能查阅到该服务器的资源。要使用户能够了解网络中所有的共享资源，必须建立统一的网络资源，命名管理中心，即所谓的命名服务器。它记录所有的网络资源和网络用户信息，形成一个资源数据库，供网络用户查阅。这种命名服务不采用路径名方式，而采用“名、域、组”的方式，即组代表网络所有者，域代表某个或者某些服务器，名代表制定的共享资源。这样，网络共享对用户就透明了，用户不必了解所需资源在网络中的实际位置，由命名管理程序自动查找。多用户文件管理与单用户文件管理不一样，关键是要提供文件访问的保护机制，避免多个用户存取同一文件时引起混乱。保护机制通常采用存取权限、文件属性、文件锁定标志等。网络文件和目录并非对所有用户都开放，不同的用户也具有不同的访问权限，文件的属性也决定它被使用的范围。权限和属性的设置除了根据应用需要设定外，还必须考虑系统为此付出的代价，权限设置太细会使管理开销增大，太宽又起不到保护作用，必须认真考虑。共享文件的互斥问题，可以通过常规操作系统的锁定标志、信号量机制实现，还可以根据文件使用的性质，如只读、读写或者执行的情况，采用不同的同步机制。网络安全是为了防止非法用户对网络系统和数据资源的窃取、修改和破坏。通常网络操作系统应当具有入网权限、用户权限、资源级安全和文件级安全等安全时效和机制。入网限制主要是用户身份识别，可以采用口令鉴别、用户名鉴别、限时登录、限位登录等安全方法，并结合口令时限、登录锁定、反跟踪等机制防止非法用户和外部入侵。进入网络用户可以分为网络管理员、特殊用户和一般用户，分别赋予不同的资源使用权限，形成第二级安全屏障。网络中的每类资源可以设置保护标志，避免用户有意或无意地对某些资源（如打印机、网关设备等）的修改、设置等操作，形成第三级安全屏障。第四级则是网络文件管理中的存取权限和文件属性控制。除了这四级网络安全措施外，再加上网络环境中采用的各种容错技术，如冗余备份、电源保护、磁盘镜像及双式技术、热修技术、事件跟踪技术等，从另一方面保证了系统的可靠性。只有具备了上述安全机制，网络操作系统才能正常地可靠地工作。网络操作系统的重要部分之一是通信，而且是远程通信和数据交换，它们通过通信协议软件和通信硬件部件共同完成。网络的逻辑组成结构分为七层，时效和对等时效间都通过通信协议建立联系。目前，具有多种通信协议，如NETBIOS、IDP、SPP、IPX、SPX、TCP/IP及ApˉpleTalk等，网络操作系统支持的通信协议越多，功能越强，适应面越宽，但也增加了系统的复杂性。用户界面是网络操作系统设计中要考虑的问题，包括了用户界面的友好性和交互性。用户操作界面可以采用命令行、屏幕菜单、窗口菜单等方式。同常规操作系统一样，向用户提供命令接口和程序接口（即网络系统调用等），并将它们转换到本地机或者远程站点操作上。网络管理是网络操作系统的重要功能，通常包括网络运行管理和网络性能监测。网络运行管理包括服务器控制操作、网络消息广播、资源配置、用户登录、安全设置、系统记帐与审计等系统管理功能。网络性能监测通过了解某段时间内网络各处流量、资源占用情况的记录分析，发现可能的通信拥塞和资源冲突，以便及时改变网络结构，重新调配网络资源，保证网络正常运行。网络操作系统除了本网络的管理外，需要提供与其他网络接口的功能。由于网络互联方式很多，各种支持软件必须与网络操作系统密切配合。多个网络可以运行同一风格操作系统。这些支持功能可以在网络操作系统内实现，也可以采用网络套件配合实现。目前，大多数网络操作系统都具有网络互联功能，尤其是与国际互联网络Internet的接口，形成了广域的网络环境。例如，电子邮件功能是基于网络的电子信件传输系统，也是网络互联中的重要功能。它通常不由系统核心完成，而通过专用软件包提供。一个网络操作系统至少支持一种电子软件系统，提供给用户编辑、发送、接收、转发、阅读等基本功能，扩充了基于网络的信息交换，扩大了网络的应用范围。而且，电子邮件系统的功能正在被逐渐地增强和扩充。形成了文电作业系统MHS（Message Handling System），它除文本信息外，还包括了图文图像等多媒休信息，同时吸取了电报、电传、传真等技术建立了更广泛的通信和信息处理机制。
　　
　　5.局域网络操作系统的实例

　　目前，局域网络操作系统的重要代表是Novell公司的Netware操作系统，它抛弃了不适应多用户多任务环境的单机操作系统，吸取了大中型操作系统的思想，建立了独立的运行于服务器上的网络操作系统。NetWare网络操作系统由美国Novell公司于1983年推出，由于其性能良好、安全可靠以及系统和硬件结构的灵活性，在很短时间内便风靡全球。从NetWare86、NetWare286发展为V1.x，V2.x版，并于1989年推出V3.0，以及后来的V3.X和V4.X版。其特点如下。

　　（1）多进程操作。服务器支持多类进程并发执行，如分组服务、磁盘管理、控制台操作、假脱机打印等服务进程。

　　（2）高速文件访问。通过采用Hash等加速了服务器外存部件的存取速度。
　　
　　（3）安全机制。提供了多用户注册安全、权限安全、属性安全和服务器安全等四级安全机制。
　　
　　（4）系统容错。提供了热修复、写后校读、磁盘镜像和双工等多种容错手段。目前，NetˉWare已升级到4.x版本，并推出了与Internet和Intranet交互的新一代网络操作系统，并大力开发基于UNIX环境的网络操作系统UnixWare。随着网络技术和网络互联的发展，网际之间资源的共享性、安全性和可用性变得日益突出，单纯的局域网范围的操作系统（网络管理软件）已经不适合应用和管理的发展，因此，产生了所谓网际操作系统（Interworking Operating System———IOS），也称网间网操作系统。网际操作系统的优势不同于局域网操作系统，它可以将各种网际互联设备，如ATM交换机、局域网交换机、路由器等平滑地连接成一体，同时给用户提供一个可支持任意硬件界面、任意链路层、网络层协议的可扩展的开放型网络。例如:美国Cisco（思科）公司的IOS系统，不仅能够支持以太网、令牌环网、FDDI、CDDI、ATM、X2.5、VSAT、PSTN、ISDN、帧中继等常用数据网络，也支持TCP/IP、Novell IPX、DECnet IBMSNA、OSI、SDLC、VINES、Apple TALK、PPP、XNS、桥接等网络通信协议、路由协议和交换机协议，形成了一种事实上的操作系统工业标准。

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