第3章 操作系统基础 ................................................................................................................... 1
3．1 操作系统 ....................................................................................................................... 1
3．1.1 操作系统概述 .................................................................................................... 1 3．1.2 操作系统的功能 ................................................................................................ 4 3．2 中文Windows XP ...................................................................................................... 12
3．2.2 Windows XP文件管理................................................................................... 26 3．2.3 Windows XP控制面板................................................................................... 33 3．3 Linux操作系统 .......................................................................................................... 44
3．3.1 Linux操作系统简介 ....................................................................................... 44 3．3.2 Linux发行版——Ubuntu使用入门 ............................................................. 46 习题3...................................................................................................................................... 49
第3章 操作系统基础
操作系统是最重要的计算机系统软件，它是用户与计算机之间的交互接口，用户通过操作系统提供的平台来管理、控制和监督计算机的各种软硬件资源。同时，操作系统也是其他软件得以运行和工作的基础。目前，操作系统已成为现代计算机系统中不可分割的重要组成部分。
本章主要内容包括：操作系统的基本原理和主要功能；中文Windows XP操作系统的基本知识与操作；Linux操作系统基础。
3．1 操作系统
计算机发展到今天，从微型机到各种高性能计算机，无一例外都安装了一种或多种操作系统，操作系统已成为现代计算机系统中不可分割的重要组成部分。
3．1.1 操作系统概述
1．什么是操作系统
计算机硬件系统在没有安装任何软件时被称为“裸机”， 而操作系统(Operating System, OS)正是在“裸机”硬件系统之上工作的最基本的系统软件，它是管理和控制计算机中所有软硬件资源的一组程序。
计算机系统不能缺少操作系统，正如人不能没有大脑一样。操作系统在计算机系统中占据着重要的地位，其他所有软件都依赖于操作系统的支持而实现其功能服务。可以说，操作系统既是计算机硬件与其他软件的接口，也是用户与计算机之间进行交互的接口，它们之间的关系可用图3-1所示。
图3-1 计算机用户、软件系统、硬件系统间的关系
操作系统作为计算机系统资源的管理者，它的主要功能是对系统所有的软、硬件资源进行合理而有效地管理和调度，以提高计算机系统的整体性能，方便用户使用计算机。
2．操作系统的分类
自20世纪50年代中期，出现了第一个简单的批处理操作系统以来，经过50余年的发展历程，操作系统的发展取得了累累硕果。
对操作系统的分类，可采用不同的分类标准：按操作系统与用户对话交互的界面分类，可分为命令行界面操作系统(如MS DOS、Novell Netware等)和图形用户界面(Graphic User Interface, GUI)操作系统(如Windows)；按系统所能支持的用户数量分类，可分为单用户操作系统(如MS DOS)和多用户操作系统(如UNIX、Linux等)；按是否能够同时运行多个任务为标准，可以分为单任务操作系统(如MS DOS)和多任务操作系统(如Windows、UNIX、Linux、Novell Netware等)；按系统的功能分类，可以分为批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统等。
(1)批处理系统
批处理系统(Batch Processing System)的突出特征是“批量”处理，它以提高系统的处理能力为主要设计目标。其主要特点是：用户将由程序、数据以及操作说明书所组成的作业，成批提交给系统执行；在计算机执行作业期间，用户不再与计算机间进行交互，直到作业运行完毕，用户才能够根据作业执行所输出的结果，判断其是否正确。目前，批处理系统已不多见。
(2)分时系统
分时系统(Time Sharing System)，是指多用户通过终端共享一台主机CPU的工作方式。分时操作系统的主要特点是：将CPU的时间划分为很小的时间片，采用循环轮转方式，将这些CPU的时间片分配给排队队列中待处理的、来自于不同程序或用户的指令。由于CPU运算速度快且时间片被划分得很短，故而整个循环轮转的执行速度也很快，使得每个程序指令的执行都能得到CPU的响应。
现代通用操作系统中都采用了分时处理技术，典型的分时操作系统有UNIX和Linux等。
(3)实时操作系统
实时操作系统(Real Time Operating System)，通常指具有特殊用途的专用系统，它是实时控制系统(如导弹发射系统、飞机自动导航系统)和实时处理系统(如机票订购系统、联机检索系统)的统称。
实时操作系统的主要特点是对信号的输入、处理和输出(表现为反应和控制)都能在一定的时间范围内完成。实时响应时间的长短，随具体应用领域及应用对象对计算机系统的实时
性要求不同而有所不同。
(4)网络操作系统
网络操作系统(Network Operating System)，是基于计算机网络的操作系统，它的功能包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。网络操作系统的目标是用户可以突破地理条件的限制，方便地使用远程计算机资源，实现网络环境下计算机之间的通信和资源共享。
目前，常用的网络操作系统有UNIX、Linux、Windows NT、Windows Server和Novell Netware等。
(5)分布式操作系统
分布式操作系统(Distributed Operating System)，是指通过网络将大量计算机连接在一起，并且在分布式操作系统的支持下，使互联的计算机可以相互协调工作，共同高效、快速地完成给定的计算任务。它的优点是：
①分布性。它集各分散节点计算机资源为一体，以较低的成本获取较高的运算性能。 ②可靠性。由于在整个系统中有多个CPU，因此当某一个CPU发生故障时，整个系统仍旧能够工作。
显然，在对可靠性有特殊要求的应用场合可选用分布式操作系统。
3．常用操作系统简介
(1)DOS
DOS(Disk Operating System，磁盘操作系统)，是由Microsoft公司早期开发的、用于配置在PC机上的单用户、单任务，且基于命令行界面的操作系统。
它曾被广泛应用于早期的PC机中，对于计算机的应用和普及起到了举足轻重的作用。 (2)Windows
Windows，是Microsoft公司开发的、基于图形化用户界面的多任务操作系统。它以其友好的图形化界面和简便的操作方法，吸引了成千上万的计算机用户。
目前，Windows是装机普及率最高的一种操作系统，被广泛应用于家庭和企业用户中。近年来，新版的Windows Server、Windows Vista也得到广泛的使用。
(3)UNIX
UNIX操作系统于1969年问世，是一种发展较早的操作系统，它支持多任务、多处理、多用户、网络管理和网络应用。一直以来，UNIX都以其高度的可靠性和可移植性，较好的安全性以及易维护性而被广泛应用于一些重点行业、部门和关键业务领域，如金融系统。
(4)Linux
Linux，是一种开放源代码、类UNIX的操作系统。它由芬兰大学生Linus Torvalds于1991年10月发布于赫尔辛基大学。Linux支持多用户、多任务、多进程和多CPU，同时，它继承了UNIX以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的网络操作系统。
Linux已被实践证明是高性能且稳定可靠的操作系统，尤其自1998年以来，它得到了世界上许多大软件公司的支持，拥有大量的应用软件支持。
目前，不同开发商基于Linux内核，开发和发布了不同的Linux发行版。在国际上较为流行的Linux发行版有Redhat(红帽)、Debian、Ubuntu(乌班图)和Suse等，国内较为著名的发行版有红旗Linux等。
(5)Mac OS
Mac OS，是由苹果公司开发并被最早成功应用于商用领域的、基于图形化用户界面的
操作系统。该操作系统最初只能用于苹果公司Power Macintosh机及Macintosh一族的计算机上。Mac OS具有较强的图形处理能力，被广泛应用于桌面出版和多媒体应用领域。
(6)其他操作系统
除上述操作系统外，还有一些，如Sun Solaris、Novell Netware等，在不同的领域都有着不同的应用。
3．1.2 操作系统的功能
操作系统设计的宗旨，是如何高效地分配和使用计算机的各种资源，以提高其利用率和方便用户使用。
在多道程序环境下，为使多道程序能有条不紊地运行，操作系统应具有以下功能，以实现对资源的有效管理，包括：处理机管理功能、存储器管理功能、文件管理功能和设备管理功能。此外，为方便用户使用操作系统，还需向用户提供便于使用的用户接口。
1．处理机管理功能
在早期的计算机系统中，一旦某个程序开始运行，它将占用整个系统的所有资源，直到该程序运行结束，这就是所谓的单道程序系统。在单道程序系统中，系统的资源利用率不高，大量的资源在许多时间处于闲置状态。例如，为了等待完成磁盘I/O操作，而使得CPU在某个时间段被闲置。
为提高系统资源的利用率，后来的操作系统都允许同时有多个程序被加载到内存中执行，这样的操作系统被称为多道程序系统。在多道程序系统中，宏观上看，多个程序被并发执行，但从微观上看，任一时刻处理机仅在执行一道程序。由于系统中同时有多道程序在运行，它们共享系统资源，从而提高了系统资源的利用率。因此，处理机管理功能的主要任务就是根据预定的调度策略和调度算法对多个程序的执行进行控制。
在多道程序环境下，对处理机的分配和运行都是以进程为基本单位。进程，简单地说，就是一个正在执行的程序，或者说，进程是一个程序与其数据一道在计算机上顺序执行时所发生的活动。
在Windows、UNIX和Linux等操作系统中，用户可以查看到当前系统中正在被执行的进程。图3-2是在Windows XP中通过任务管理器(按Ctrl＋Alt＋Del键)所查看到系统中
正在运行程序及进程的信息。
图3-2 Windows系统中运行的应用程序与进程
随着硬件和软件技术的发展，为了更好地实现并发处理和共享资源，提高CPU的利用率，目前许多操作系统把进程又“细分”成线程(Threads)。线程又被称为轻量级(Light weight Process，LWP)进程，一个进程可以有多个线程，线程之间共享地址空间和资源。在图3-2(b)中，可以看出WINWORD.EXE进程内有7个线程。
目前，在UNIX中，进程仍然是CPU的分配单位，而在Windows中，线程是CPU的分配单位。把线程作为CPU分配单位的好处是：能够更为充分地共享系统资源，减少内存开销，提高并发性，加快应用的切换速度。
2．存储器管理
如何对存储器进行有效管理，不仅直接影响到存储器资源的利用率，而且会影响整个系统的性能。
计算机的内存储器，是CPU可以直接存取的存储器，因此，要在CPU上运行一个进程，首先必须在内存中分配一定的内存空间，并将程序及其数据装载于该空间内，否则无法运行。
尽管目前的微机可以配置容量高达几个GB的内存，但如果用户所执行的程序很大或很多，就会导致内存空间耗尽的情况发生。具体而言，为解决上述矛盾，操作系统的存储器管理功能，主要有以下四个方面：
(1)虚拟内存 虚拟内存，是相对计算机中的物理内存而言的，即操作系统从硬盘中分配一部分磁盘存储空间，用于充当和模拟内存来使用，从而，为用户提供了一个比实际物理内存大得多的内存空间，以缓解内存空间有限和不足的矛盾。
在计算机运行过程中，系统将部分进程保留在内存中，其他暂时不在CPU中运行的进程则存放在外存中，操作系统根据需要负责内外存内容的交换。
在Windows中，虚拟内存被称为页面文件。该页面文件的大小，一般设置为大于等于计算机上物理内存大小的1.5倍。如图3-3所示，为一Windows XP系统中对虚拟内存大小
的设置(鼠标右键单击“我的电脑”，在快捷菜单中选择“属性”命令，然后选择“高级”选项卡，在“性能”区域单击“设置”按钮，选择“高级”选项卡，单击“更改”按钮)。