操作系统的主要功能

目录

操作系统是用户与硬件之间的桥梁,它主要负责管理计算机系统中的所有资源,并负责它们的调度和使用,充分发挥这些资源的作用和方便用户使用计算机。

从 资源管理的角度 来看,操作系统的功能主要有：

• 处理机管理功能；
• 存储器管理功能；
• 设备管理功能；
• 文件管理功能；
• 用户接口；

一.  处理机管理功能

处理机的分配和运行，都是以进程为基本单位，因而对处理机的管理，可归结为对进程的管理。

1.1 进程控制

• 为作业创建一个或多个进程，并为之分配必要资源。
• 撤销已结束的进程，回收其占用的资源。
• 控制进程运行过程的状态转换。

1.2 进程同步

• 互斥方式：诸进程访问临界资源；锁机制；
• 同步方式：在相互合作完成任务的进程之间由同步机构对执行次序加以协调；信号量机制；

1.3 进程通信

相互合作的诸进程之间需要互换信息，即合作进程间需要通信，以协调进程间的协作。

1.4 进程调度

• 作业调度： 为部分后备作业分配资源、将其调入内存、创建进程、插入到就绪队列，等待进程调度。
• 进程调度： 为就绪队列的某进程分配处理器，设置运行现场，使其能够运行。

处理机管理的主要功能

二. 存储器管理功能

存储器管理的主要任务，是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率以及能从逻辑上扩充内存。

2.1 内存分配

主要任务是为每道作业分配内存空间，减少内存碎片，提高内存利用率，允许正在运行的程序动态申请存储空间。

• 静态分配： 装入作业时分配其所需全部存储空间，运行期间不可再申请存储空间，也不能“移动”。
• 动态分配： 装入作业时分配其所需的基本存储空间，运行期间可再申请存储空间，也可以“移动”。

2.2 内存保护

• 通过设置界限寄存器实现，主要任务是保证各道程序之间互不干扰，各自在系统为其分配的内存空间运行，禁止用户程序访问操作系统的程序和数据。
• 为了确保每道程序都只在自己的内存区中运行,必须设置内存保护机制。设置两个界限寄存器,分别用于存放正在执行程序的上界和下界。越界检查都由硬件实现。对发生越界后的处理,还须与软件配合来完成。

• 下界寄存器： 存放程序装入内存后的开始地址（首址）；
• 上界寄存器： 存放程序装入内存后的末地址；
• 判别式：

下界寄存器  ≤  物理地址  ＜  上界寄存器

2.3 地址映射

• 程序中的地址称为“逻辑地址”或“相对地址”,这些程序的地址都是从“0”开始的,程序中的其它地址都是相对于起始地址计算的；
• 内存中单元的地址称为“物理地址“或“绝对地址”,由内存中的一系列单元所限定的地址范围；
• 多道程序下,进程装入内存后要由逻辑地址到内存物理地址进行变换,该功能应在硬件的支持下完成。

2.4 内存扩充

借助于虚拟存储技术,从逻辑上去扩充内存容量,借助于虚拟存储技术。改善了系统的性能,基本上不增加硬件投资。

• 请求调入： 部分装入，即运行期间由操作系统在需要时装入所需部分。
• 置换： 内存空间不够时，可调出部分不活跃程序或数据到外存，将需要调入的部分放入内存。

三. 设备管理功能

设备管理用于管理计算机系统中所有的外围设备， 而设备管理的主要任务是，完成用户进程提出的I/O请求；为用户进程分配其所需的I/O设备；提高CPU和I/O设备的利用率；提高I/O速度；方便用户使用I/O设备。为实现上述任务，设备管理应具有 缓冲管理 、 设备分配 和 设备处理 ，以及 虚拟设备 等功能。

3.1 缓冲管理

匹配CPU和外设的速度,提高两者的利用率。最常见的缓冲区机制有单缓冲机制、能实现双向同时传送数据的双缓冲机制,循环缓冲以及能供多个设备同时使用的公用缓冲池机制。

3.2 设备分配

根据用户请求,分配I/O设备及相应的控制器和通道。

3.3 设备处理

通过设备驱动程序完成，实现CPU和设备控制器之间的通信。

3.4 设备独立性和虚拟设备

• 设备独立性： 应用程序独立于物理设备,使得用户编制的程序与实际使用的物理设备无关。
• 虚拟设备功能： 每次仅允许一个进程使用的物理设备,变为能“同时”供多个进程共享的设备。(即多个对应的逻辑设备)

四. 文件管理功能

文件管理的主要任务:对用户文件和系统文件进行管理,以方便用户使用并保证文件安全。

4.1 文件存储空间的管理

• 解决如何存放信息,以提高空间利用率和读写性能；
• 存储空间的使用情况,空间分配与回收；

4.2 目录管理

• 解决信息检索问题,对众多目录项加以有效组织。
• 目录项包括文件名、文件属性、文件在磁盘上的物理位置等。

4.3 文件的读/写管理和保护

• 文件的读/写管理：

1. 该功能是根据用户的请求,从外存中读取数据;或将数据写入外存。

• 文件保护：

1. 防止未经核准的用户存取文件;
2. 防止冒名顶替存取文件;
3. 防止以不正确的方式使用文件。

五. 用户接口

目标： 提供一个友好的用户访问操作系统的接口。

5.1 命令接口

• 联机用户接口： 这是为联机用户提供的,它由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成。当用户在终端或控制台上每键入一条命令后,系统便立即转入命令解释程序,对该命令加以解释并执行该命令。
• 脱机用户接口： 该接口是为批处理作业的用户提供的,故也称为批处理用户接口。批处理作业的用户不能直接与自己的作业交互作用,只能委托系统代替用户对作业进行控制和干预。

5.2 程序接口

该接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的,是用户程序取得操作系统服务的惟一途径。它是由一组系统调用组成,每一个系统调用都是一个能完成特定功能的子程序,每当应用程序要求OS提供某种服务(功能)时,便调用具有相应功能的系统调用。

5.3 图形接口

图形用户接口采用了图形化的操作界面, 用非常容易识别的各种图标(icon)来将系统的各项功能、各种应用程序和文件,直观、逼真地表示出来。用户可用鼠标或通过菜单和对话框,来完成对应用程序和文件的操作。

有兴趣的朋友还可以看一下下面的两篇，顺着看下去就好了：