第7章 Windows操作系统的特点及使用

1第七章Windows操作系统的特点及使用7.0本章学习目标7.1Windows概述7.2Windows操作系统的进程管理7.3Windows操作系统的存储管理7.4Windows操作系统的的文件系统7.5Windows操作系统I/O设备管理7.6WindowsXP操作系统7.7小结27.0本章学习目标★Windows系列操作系统是目前最常见、最流行的操作系统之一，而WindowsXP又是其中的佼佼者之一。★本章学习目标如下：1.掌握Windows系列操作系统的特点；2.掌握WindowsXP的使用。37.1Windows概述★从1983年微软公司宣布Windows的诞生到现在，微软Windows系列操作系统的功能不断发展完善，在市场中成为操作系统平台的主流软件。★其开发经历了三个主要阶段：1.基于DOS操作系统开发的Windows95/98/Me；2.基于NT技术开发的WindowsNT/2000；3.基于Windows2000基础上开发的WindowsXP操作系统。4早期Windows之所以取得成功，主要在于它具有以下优点：★直观、高效的面向对象的图形用户界面，易学易用；★用户界面统一、友好、美观；★丰富的设备无关的图形操作；★多任务；★面向对象式的程序设计思想；★丰富的Windows软件开发工具。57.1.1早期Windows★Windows95采用32位处理技术，兼容以前16位的应用程序，起到承前启后的作用。★Windows98仍兼容16位的应用程序，是Windows系列产品中最后一个“照顾”16位的应用程序的操作系统。6★WindowsNT使用于高档工作站平台、局域网服务器或者主干计算机。★WindowsNT支持对称多处理结构、支持多线程并行，支持多种硬件平台，支持多种网络协议、多文件系统，以及在不同网络环境中的互操作能力。★它采用16位标准字符集的单一代码方式（Unicode）代码，支持国际字符集，提供良好的文件系统。77.1.2Windows2000★Windows2000平台建立于NT技术之上，具有强可靠性，高可用性。★它通过简化系统管理，降低了操作耗费，是一种适合从最小的移动设备到最大的电子商务服务器新硬件的操作系统。8★Windows2000系列包括以下产品：1）Windows2000Professional（专业版）；2）Windows2000Server（服务器版）；3）Windows2000AdvancedServer（高级服务器版）；4）Windows2000DatacenterServer（数据中心服务器版）。97.1.3WindowsXP★WindowsXP是在Windows2000和WindowsMe的基础上开发的、具有全新外观的新一代操作系统，给家庭用户和商业用户一个全新的体验。★它把消费型操作系统和商业型操作系统融和为统一系统代码，结束了Windows同时开发两个系列的历史。107.2Windows操作系统的进程管理7.2.1Windows操作系统中的进程管理★Windows操作系统中，进程是作为对象来管理的，可通过相应句柄（handle）来引用进程对象，操作系统提供一组控制进程对象的服务。★进程对象的属性包括：进程标识（PID）、资源访问令牌、进程的基本优先级等，进程也是系统资源分配的基本单位。117.2.2Windows操作系统的线程★Windows操作系统中，线程是内核线程，系统的处理器调度对象是线程。★线程上下文主要包括：寄存器、线程环境块、核心栈、用户栈。★Windows操作系统的线程调度并不是单纯使用某一种调度算法，而是多种算法的结合体，根据系统的实际需要进行针对性的优化和改进。12★Windows操作系统实现了一个基于优先级的抢先式多处理器调度系统。调度系统总是运行优先级最高的就绪线程。★操作系统会根据以下原因之一中断或抢先当前正在执行的线程：（1）该线程已运行了该时间片。当时间片的时间到时，操作系统就中断该线程，让另一个线程能够访问处理器。（2）另一个具有较高优先级的线程准备执行，操作系统就会中断当前执行的线程，以便让具有较高优先级的线程访问处理器。137.2.3Windows操作系统的进程互斥和同步★在Windows操作系统中，提供了互斥对象、信号量对象和事件对象三种同步对象和相应的系统调用，用于进程和线程的同步。★这些同步对象都有一个用户指定的对象名称，不同进程中用同样的对象名称来创建或打开对象，从而获得该对象在本进程的句柄。14★从本质上讲，这组同步对象的功能是相同的，它们的区别在于适用场合和效率会有所不同：（1）互斥对象（mutex）就是互斥信号量，在一个时刻只能被一个线程使用。（2）信号量对象（semaphore）就是资源信号量，初始值的取值范围在0到指定最大值之间，用于限制并发访问的线程数。（3）事件对象（event）相当于“触发器”，可用于通知一个或多个线程某事件的出现。157.3Windows操作系统的存储管理7.3.1地址空间的布局★默认情况下，32位Windows2000/XP上每个用户进程可以占有2GB的私有地址空间。★Windows2000/XP高级服务器和Windows2000/XP数据中心服务器支持一个引导选项，允许用户拥有3GB的地址空间。167.3.2用户内存空间分配方式Windows2000/XP有如下三种管理应用程序内存的方法。1）以页为单位的虚拟内存分配方法，适合于大型对象或数据结构。进程的地址空间的页面是空闲、保留或是被提交。应用程序可以首先保留地址空间，然后向此地址空间提交物理页面。172）内存映射文件方法，适合于大型数据流文件以及多个进程之间的数据共享。内存映射文件保留一个地址区域，把位于磁盘上的文件提交给该区域。3）内存堆方法，适合于大量的小型内存申请。堆是保留的地址空间中一个或多个页组成的区域，这个地址区域可以由堆管理器按更小块划分和分配。187.3.3系统内存分配★内存管理为设备驱动程序以及其它核心态组件提供了大量的服务，例如，分配和释放物理内存、锁定物理内存、页面实现直接内存访问等。19★系统初始化时，内存管理器创建如下两种动态大小的内存缓冲池，核心态组件可以用来分配系统内存。1）非分页缓冲池：由长驻物理内存的系统虚拟地址区域组成，从任何IRQL级和任何进程上下文都可以访问。2）分页缓冲池：在系统空间中可以被分页和换出的虚拟内存区域。那些不会从DPC/调度级（或更高级别）访问内存的设备驱动程序可以使用分页缓冲池。★两种内存缓冲池均位于系统空间，并被映射到每个进程的虚拟地址空间。内核提供函数从这些缓冲池分配和回收内存。207.4Windows操作系统的文件系统★文件系统（FileSystem）是指在操作系统中，命名、存储、组织文件的综合结构。而结构的具体表达称为文件的系统格式（Format）。★微软在Dos/Windows系列操作系统中共使用了6种不同的文件系统（包括即将在Windows的下一个版本中使用的WINFS），它们分别是：FAT12、FAT16、FAT32、NTFS、NTFS5.0和WINFS。下面一一对它们的相关特点和规则作个介绍。★其中FAT12、FAT16、FAT32均是FAT文件系统，是FileAllocationTable的简称。217.4.1FAT文件系统★FAT文件系统最初用于小型磁盘和简单文件结构的简单文件系统，以后的Windows操作系统为了保持向后兼容，都支持FAT格式。★FAT文件系统得名于它的组织方法：放置在卷起始位置的文件分配表。★为了保护卷，保留了一个备份，确保即使损坏了一份也能正常工作。★为确保正确装卸启动系统所必须的文件，文件分配表和根文件夹必须存放在固定的位置。227.4.2FAT32文件系统★FAT32文件系统是Windows98在FAT文件系统的基础上引入的一种增强文件系统，通过使用更小的簇来更有效率地使用磁盘空间，因此特别适合于大于512MB容量的磁盘分区使用。★不仅速度有所提高，而且系统开销相对FAT格式更节省。FAT32的根目录区不再是固定区域、固定大小，而是作为根文件目录，采用与子目录相同的管理方式，因此根目录下的文件数目不再受最多256个的限制。237.4.3NTFS文件系统★Windows2000所推荐使用的NTFS文件系统提供了FAT和FAT32文件系统所没有的、全面的性能，以及可靠性和兼容性。★NTFS文件系统的设计目标就是用来在很大的磁盘上能够很快地执行诸如：读、写和搜索这样的标准文件操作，甚至包括像文件系统恢复这样的高级操作。★NTFS文件和文件夹无论共享与否都可以赋予权限。247.4.4Windows2000文件服务★Windows2000在WindowsNTServer4.0的高效文件服务基础上，加强或新增了分布式文件系统、用户配额、加密文件系统、磁盘碎片整理和索引服务等特性。★分布式文件系统（DistrbutedFileSystem，DFS）是一个在WindowsNTServer4.0中已经存在的一个文件服务，，但在Windows2000中得到了增强。它的作用是不管文件的物理分布情况，可以把文件组织成为树状的分层逻辑结构，便于用户访问网络文件资源、加强容错能力和均衡网络负载等。257.5Windows操作系统的I/O设备管理7.5.1Windows操作系统的I/O处理★Windows2000/XP的I/O系统由一些执行体组件和设备驱动程序组成。★Windows2000是分态的操作系统。用户应用程序运行在用户态，操作系统代码（如系统服务和设备驱动程序）在核心态下运行。267.5.2Windows操作系统的设备驱动程序★Windows驱动程序模型重新定义驱动程序分层，其驱动层次结构如图7.1所示。27FiDOFDOFiDOPDOIRP上层过滤层驱动程序功能驱动程序下层过滤层驱动程序总线驱动程序……………………图7.1WDM驱动程序层次结构287.6WindowsXP操作系统本部分为上机实验，内容见课本P193起。297.7小结★从1983年微软公司宣布Windows的诞生到现在，微软Windows系列操作系统的功能不断发展完善，在市场中成为操作系统平台的主流软件。★其开发经历了三个主要阶段：基于DOS操作系统开发的Windows95/98/Me；基于NT技术开发的WindowsNT/2000；基于Windows2000基础上开发的WindowsXP操作系统。30★WindowsXP是微软于2001年发布的新操作系统，准备用它来统一两个系列的Windows产品。★它不仅继承了Windows2000的高安全性、高稳定性的特点，也吸取了Windows9X、WindowsME的美观、易用的特点。★不仅如此，它还采用各种新技术大大地提高了系统的性能，同时增加了许多新的功能，包括多媒体、网络通讯等，这也正是“XP”的本意，XP是英文“Experience”的缩写，意思是Windows使我们跨越设备，轻松的享有和体验网络服务。31课外习题P257:一、二