3 操作系统知识

　　3.1 基本概述

　　操作系统是一个大型的软件系统，是为了提高计算机系统资源（硬件和软件资源）的利用效率并方便用户使用的一组程序，这些程序可以用软件实现，也可以用固件（微程序设计）实现。操作系统的基本特征是并发与共享。

　　操作系统是运行在计算机硬件上的最基本的系统软件，位于所有的软件的最底层，为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。它在计算机系统中占据了特殊重要的地位，其它所有的软件如汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件以及大量的应用软件，都将依赖于操作系统的支持，取得它的服务。

　　操作系统通过多任务并行的手段来达到多用户资源共享的目的。

　　我们通常主要采用几种不同的方法来考察操作系统。

　　★ 用户观点：可以把操作系统看作是用户与计算机硬件系统之间的接口（系统调用和联机命令）；

　　★ 资源管理观点：把操作系统看成计算机系统资源的管理者；

　　★ 进程角度：管理核心，对用户进程和系统进程进行控制和协调；

　　★ 分层角度：从系统构造的角度出发，将系统分为若干个层，彼此依赖；

　　操作系统的硬件基础是：中断和通道，中断处理一般都在核心内完成。

　　操作系统的类型与功能：

　　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以分为3大类：

　　◆批处理操作系统：其特点是先将作业脱机输入到外围输入设备，再由监督程序将作业成批调入系统中进行处理。在早期的计算机中往往使用这种类型的操作系统。

　　◆分时操作系统：多个用户同时以会话方式控制自己程序的运行，每个用户都感到似乎各自有一台独立的、支持自己请求服务的系统。其特点是将CPU时间轮流分配给内存各道作业使用，直至每个作业结束，这就保证了多个用户能在较短时间内与作业进行交互。

　　◆实时操作系统：系统往往是专用，系统与应用很难分离。其特点是能及时响应外部时间的请求，并迅速完成对事件的处理。其设计原则是响应时间优先于资源利用率。实时系统又分成实时过程控制和实时信息处理两类。

　　除了上述这几类基本系统外，随着计算机体系结构的发展，又出现了多处理机操作系统、分布式操作系统和网络操作系统等等。

　　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操作系统的功能模块：

　　◆处理器（机）管理：其主要任务，是对处理机进行分配，并对其进行有效的控制和管理。在多道程序环境下，处理机的分配以线程为基本单位，因此对处理机的管理可归结为对线程的管理。

　　◆存储管理：其主要任务，是为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，以及能从逻辑上来扩充内存。所以存储管理应具有以下功能：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充等。

　　◆设备管理：其主要任务，是完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备；提高CPU和I/O设备的利用率；提高I/O速度；以及方便用户使用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。采用通道、控制器和设备三级控制方法管理这些设备；

　　◆文件管理：其主要任务，是对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性。为此，文件管理应具有文件存储空间的管理，目录管理，文件的读、写管理以及文件的共享与保护等功能。

　　◆用户接口：为了方便用户使用操作系统，操作系统向用户提供命令接口和系统调用接口，在较晚出现操作系统中又向用户提供了图形接口。