【正文】 軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)基礎(chǔ) 第 3章 操作系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì) 講授教師：劉志強(qiáng) 第 2頁(yè) /共 72頁(yè) 主 要 內(nèi) 容 ? 操作系統(tǒng)及其功能 ? 進(jìn)程管理應(yīng)用程序設(shè)計(jì) ? 內(nèi)存管理應(yīng)用程序設(shè)計(jì) ? 設(shè)備與文件管理應(yīng)用程序設(shè)計(jì) ? 人機(jī)接口管理應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 第 3頁(yè) /共 72頁(yè) 提出問(wèn)題 ? 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由 “ 誰(shuí) ” 來(lái)控制、指揮？ ? 什么是操作系統(tǒng)？ ? 一般的管理涉及到的問(wèn)題（教學(xué)管理；教師、學(xué)生、課程名表管理；管理策略；監(jiān)控調(diào)度； …… ） ? 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有哪些資源？ OS怎樣管理資源？用計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)資源，將如何處理？（計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)據(jù)。因此，任何問(wèn)題要讓計(jì)算機(jī)處理必須數(shù)字化， …… ） ? 管理、調(diào)度策略？（排隊(duì)策略 …… ） 第 4頁(yè) /共 72頁(yè) 教學(xué)管理實(shí)體模型示意圖 課程 教師 學(xué)生 課程號(hào)、課程名 學(xué)號(hào) 姓名 性別 院系 班級(jí) 性別 職稱(chēng) 教師編號(hào) 姓名 課程名 課程號(hào) 學(xué)時(shí) 學(xué)分 學(xué)習(xí) 1 N 教學(xué) N M 學(xué)號(hào) 課程號(hào) 分?jǐn)?shù) 教師編號(hào) 課程號(hào) 第 5頁(yè) /共 72頁(yè) 教學(xué)管理模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 學(xué)生簡(jiǎn)況表 教師簡(jiǎn)況表 課程名稱(chēng)表 學(xué)習(xí)成績(jī)表 教師授課表 第 6頁(yè) /共 72頁(yè) 教學(xué)管理模型的數(shù)據(jù)表格 教師簡(jiǎn)況數(shù)據(jù)表 學(xué)生簡(jiǎn)況數(shù)據(jù)表 教師授課數(shù)據(jù)表 學(xué)習(xí)成績(jī)數(shù)據(jù)表 課程名稱(chēng)數(shù)據(jù)表 第 7頁(yè) /共 72頁(yè) 計(jì)算機(jī)資源管理模型 進(jìn)程管理 文件管理 存儲(chǔ)管理 設(shè)備管理 操作系統(tǒng) 第 8頁(yè) /共 72頁(yè) 資源管理模型的數(shù)據(jù)表格 進(jìn)程控制塊 進(jìn)程 1 運(yùn)行 8E2A 3K …… 進(jìn)程 2 就緒 5F10 100K …… 進(jìn)程 3 等待 1EFA 80K …… …… 進(jìn)程 n 就緒 3EE0 2M …… 進(jìn)程標(biāo)志 狀態(tài) 地址 存儲(chǔ)區(qū) 家族史 操作系統(tǒng) 文件系統(tǒng)目錄表（ DOS） file1 只讀 103K 701E …… file2 寫(xiě) 3087 5F10 …… File3 執(zhí)行 18091 4DA1 …… …… filen 只讀 30168 100B …… 文件名 屬性 長(zhǎng)度 入口地址 …… 設(shè)備管理數(shù)據(jù)基 名稱(chēng) 描述 SDT 系統(tǒng)設(shè)備控制表 DCT 設(shè)備控制表 COCT 控制器控制表 CHCT 通道控制表 內(nèi)存分區(qū)表 區(qū)號(hào) 長(zhǎng)度 起始地址 狀態(tài) 分區(qū) 1 25K 1D4B 已分 分區(qū) 2 5K 200B 未分 …… 分區(qū) n 18K EF20 已分 第 9頁(yè) /共 72頁(yè) 日常生活中的排隊(duì)策略 ?日常生活中為解決排隊(duì)問(wèn)題，有哪些排隊(duì)策略呢？ ? 先來(lái)后到策略（ 一般性 ） ? 優(yōu)先級(jí)別高的優(yōu)先策略（ 特殊性 ） ? 不同行業(yè)中的優(yōu)先策略 “ 綠色 ” 通道 執(zhí)行公務(wù)的軍警優(yōu)先 殘疾人通道 孕婦、老人專(zhuān)座 “ Ctrl+Alt+Del”中斷優(yōu)先 ? …… 第 10頁(yè) /共 72頁(yè) 本章目標(biāo) ? 《 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 》 為先修課程 ? 回答了：操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中起的作用和它能干什么 ? 未回答：如何干、又如何在操作系統(tǒng)下編寫(xiě)程序 ? 本課本章 ? 不對(duì)操作系統(tǒng)的原理作深入的介紹，但以它的幾項(xiàng)重要功能為主線，以 C++為工具，揭示了一部分操作系統(tǒng) “ 內(nèi)幕 ” ，使讀者對(duì)操作系統(tǒng)的工作原理有進(jìn)一步的了解，同時(shí)對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的應(yīng)用有所加強(qiáng)。 第 11頁(yè) /共 72頁(yè) 操作系統(tǒng)基本概念 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) = 計(jì)算機(jī)硬件 + 計(jì)算機(jī)軟件 計(jì)算機(jī)硬件 是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理部 件和設(shè)備的總稱(chēng)。硬件的核 心是主機(jī)；主機(jī)的核心是 CPU。 計(jì)算機(jī)軟件 是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯部 件及文檔資料的總稱(chēng)。軟件的 核心系統(tǒng)軟件；系統(tǒng)軟件的核 心是 操作系統(tǒng) 。 第 12頁(yè) /共 72頁(yè) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái) ? 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的。 ? 硬件是 物理設(shè)備和器件的總稱(chēng)。硬件是用來(lái)完成信息變換、信息存儲(chǔ)、信息傳輸和信息處理的物質(zhì)基礎(chǔ)。 ? 軟件 是計(jì)算機(jī)程序及相關(guān)文檔的總稱(chēng)。軟件是用來(lái)描述實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的規(guī)則和流程。 軟件 硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件 硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)沒(méi)有安裝軟件的計(jì)算機(jī)被稱(chēng)為 “ 裸機(jī) ” ，而裸機(jī)是無(wú)法進(jìn)行任何工作的。 第 13頁(yè) /共 72頁(yè) 為什么要有操作系統(tǒng)？ ? 從用戶(hù)角度來(lái)看，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)穩(wěn)定的、對(duì)用戶(hù)友好、便于操作的平臺(tái)。 機(jī)器系統(tǒng)操作系統(tǒng)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)用戶(hù)機(jī)器系統(tǒng)操作系統(tǒng)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)用戶(hù)? 但是，實(shí)際上用戶(hù)對(duì)硬件直接進(jìn)行操作是極其困難、甚至是不可能的。 ? 怎么辦？ … … 對(duì)計(jì)算機(jī)我一竅不通，如何進(jìn)行操作?。?？ 第 14頁(yè) /共 72頁(yè) 操作系統(tǒng)和虛擬計(jì)算機(jī) ?用戶(hù)面對(duì)的是一個(gè)整體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分為 虛擬機(jī)和 物理機(jī) 兩個(gè)部分。 ?用戶(hù)實(shí)際操作的是虛擬機(jī)，物理機(jī)是由 OS管理和操作的。 ?優(yōu)點(diǎn) ：將復(fù)雜的物理操作剝離并下移，交給 OS去處理。 多級(jí)虛擬機(jī)器實(shí)際機(jī)器，使用微指令系統(tǒng)和機(jī)器指令系統(tǒng)，直接操控機(jī)器硬件應(yīng)用語(yǔ)言虛擬機(jī)，使用各種專(zhuān)用應(yīng)用語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作。例如人工智能語(yǔ)言 P R O L O G程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言虛擬機(jī)，使用各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)程序員級(jí)用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作。例如匯編語(yǔ)言、 C 語(yǔ)言操作系統(tǒng)虛擬機(jī)，使用 OS 控制語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作。例如，交互操作命令計(jì)算機(jī)系統(tǒng)物理機(jī)器專(zhuān)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域用戶(hù)程序員用戶(hù)普通用戶(hù)硬件系統(tǒng)用戶(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者多級(jí)虛擬機(jī)器實(shí)際機(jī)器，使用微指令系統(tǒng)和機(jī)器指令系統(tǒng)，直接操控機(jī)器硬件應(yīng)用語(yǔ)言虛擬機(jī)，使用各種專(zhuān)用應(yīng)用語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作。例如人工智能語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言虛擬機(jī)，使用各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)程序員級(jí)用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作。例如匯編語(yǔ)言、 語(yǔ)言操作系統(tǒng)虛擬機(jī)，使用 控制語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作。例如，交互操作命令計(jì)算機(jī)系統(tǒng)物理機(jī)器專(zhuān)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域用戶(hù)程序員用戶(hù)普通用戶(hù)硬件系統(tǒng)用戶(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者用戶(hù) 打印 2份報(bào)告！ 第 15頁(yè) /共 72頁(yè) 操作系統(tǒng)的兩大基本職能 ? 面向機(jī)器 管理計(jì)算機(jī) ； OS用來(lái)更有效地管理和分配系統(tǒng)的硬、軟件資源，使得其能夠發(fā)揮更大的作用。提高系統(tǒng)效率。 ? 面向用戶(hù) 使用計(jì)算機(jī) ；提供人機(jī)界面，用戶(hù)通過(guò) OS，無(wú)需了解計(jì)算機(jī)軟、硬件的有關(guān)細(xì)節(jié)就能方便地使用計(jì)算機(jī)。 第 16頁(yè) /共 72頁(yè) 計(jì)算機(jī)資源 計(jì)算機(jī) 資源 硬件設(shè)備 文件 數(shù)據(jù)庫(kù) 應(yīng)用程序 內(nèi)存單元 其他用戶(hù) 遠(yuǎn)程用戶(hù) 第 17頁(yè) /共 72頁(yè) 一、 操作系統(tǒng)及其功能 ? 操作系統(tǒng)的發(fā)展 ? 手工操作、批處理、多道程序系統(tǒng)和分時(shí)操作系統(tǒng)等四個(gè)階段，其中分時(shí)操作系統(tǒng)為目前最為流行 ? 實(shí)用的操作系統(tǒng) ? Windows X ? DOS ? Linux 第 18頁(yè) /共 72頁(yè) 1． 操作系統(tǒng)的定義 ? 定義 ? 一組控制和管理計(jì)算機(jī)軟、硬件資源，為用戶(hù)提供便捷使用計(jì)算機(jī)的程序的集合 ? 作用 ? 管理計(jì)算機(jī)和使用計(jì)算機(jī) ? 特征 ? 并發(fā)性、共享性、虛擬性和不確定性 ? 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 ? 硬件、操作系統(tǒng)、其他系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和用戶(hù)接口 第 19頁(yè) /共 72頁(yè) 2．操作系統(tǒng)的功能 ? CPU與進(jìn)程管理 ? 對(duì)處理器時(shí)間進(jìn)行合理分配、對(duì)處理器運(yùn)行實(shí)施有效的管理 ? 存儲(chǔ)器管理 ? 對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充 ? 設(shè)備管理 ? 根據(jù)確定的設(shè)備分配原則對(duì)設(shè)備進(jìn)行分配，使設(shè)備與主機(jī)能夠并行工作，為用戶(hù)提供良好的設(shè)備使用界面 ? 文件管理 ? 有效地管理文件的存儲(chǔ)空間，合理地組織和管理文件系統(tǒng)，為文件訪問(wèn)和文件保護(hù)提供更有效的方法及手段 ? 用戶(hù)接口 ? 用戶(hù)操作計(jì)算機(jī)的界面 ,或稱(chēng)為用戶(hù)界面，通過(guò)用戶(hù)接口，用戶(hù)只需進(jìn)行簡(jiǎn)單操作，就能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用處理 第 20頁(yè) /共 72頁(yè) 進(jìn)程管理 ? 進(jìn)程管理 的核心是進(jìn)程的控制和調(diào)度。進(jìn)程自投入運(yùn)行時(shí)起，即交由進(jìn)程調(diào)度程序管理。 ? 根據(jù)什么標(biāo)準(zhǔn)選擇怎樣的進(jìn)程投入運(yùn)行？如何管理不同類(lèi)型進(jìn)程的資源？ 采用什么策略進(jìn)行分配資源？ … ? 這些都是進(jìn)程管理的問(wèn)題。 第 21頁(yè) /共 72頁(yè) 文件與文件系統(tǒng) ?文件系統(tǒng) 。 顧名思義是管理和操作文件的系統(tǒng) 。與人工管理文件系統(tǒng)一樣 ， 它要解決文件的組織管理 （ 分類(lèi)編目 ） ， 在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)文件操作 。 ?文件系統(tǒng)功能 。 從 OS管理資源的角度看 ， 文件系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能： ?解決如何組織和管理文件 。 ?實(shí)現(xiàn)文件的 “ 按名存取 ” 操作機(jī)制 。 ?提供文件共享功能及保護(hù)措施 。 ?實(shí)現(xiàn)用戶(hù)要求的各種操作 。 包括文件的創(chuàng)建 、 修改 、 復(fù)制 、 刪除等 。 第 22頁(yè) /共 72頁(yè) 文件系統(tǒng)功能