操作系统功能简介-计算机导论

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：操作系统的资源管理主要包括存储管理、CPU管理、设备管理和文件管理。CPU管理根据一定的策略把CPU交替地分配给系统内等待运行的用户程序。图5-6 操作系统的组成结构从操作系统的用户的角度看，存储管理、CPU管理、设备管理和文件管理等位于操作系统的内部，所以这些部分也称作操作系统的内核，用户接口位于操作系统的外部，所以这部分也称作外壳。

计算机硬件提供了计算机实现数据输入、数据存储、数据处理和数据输出的基本功能，这是计算机系统能够完成任何复杂应用的物质基础。我们知道，软件是计算机系统的灵魂，应用问题不同，在计算机硬件上运行的软件将不同。但是，无论是程序设计人员直接在计算机硬件资源的基础上设计程序，还是各个领域的用户在计算机硬件资源上直接使用程序设计人员设计完成的软件，都是非常困难的。

操作系统是一组程序的集合，其功能延伸了计算机硬件的功能。例如，磁盘是用户长期保存程序或数据的一种介质，用户要把程序或数据保存在磁盘上，必须指定程序或数据在磁盘上的物理存放位置（如磁盘的磁道号、扇区号等），还必须考虑磁盘机是否启动、磁盘机的延迟时间等硬件设备的具体工作细节，这对用户来说显然是非常麻烦和困难的。操作系统的程序集合中，包含了完成这些需要和硬件打交道的繁琐任务的程序。这样，用户只要调用（调用即是指把相应程序从外存装入内存，并把对CPU的使用权交给该程序让其运行）操作系统中的这个程序，给出必要的参数（参数是程序运行时所需的数据，如文件名），就可以完成程序或数据在磁盘上的存储。

可见，操作系统向用户提供的功能，是与硬件提供的功能等价的，但比硬件提供的功能更易于操作，因此，操作系统是硬件机器功能的延伸。相对于硬件计算机来说，操作系统支持下的计算机是扩展计算机。操作系统对硬件功能的延伸作用也可从图5-1看出。我们可以把操作系统对硬件功能的延伸作用，看作是操作系统提供了建立在硬件功能之上的、隐藏了具体实现细节的、更抽象的功能。

从宏观的角度看，操作系统的功能主要分两个方面。

1.资源管理

要让一个用户程序运行需要很多硬件资源和软件资源。硬件资源如CPU、内存、输入/输出设备、外存等，软件资源如各种数据和程序。这些资源构成了用户程序运行的基础。现代的计算机系统都支持多个用户同时使用，支持多个用户程序同时运行，这样必然存在资源的管理和分配问题。要解决这个问题，就需要一个独立的机构来管理和分配这些资源，操作系统就是这样的资源管理机构。即使单用户方式使用的微机，也需要操作系统来负责资源的管理。

操作系统对资源的管理作用，就像一个很大且很富有的家庭中，家庭主管对家庭主人的帮助作用。家庭主人通过家庭主管来管理家庭里的一切事物。例如，主人要在家里举办聚会，他（或她）只需把聚会的规模、要邀请的人员告诉主管，其余的事情都由主管负责安排。主管负责切分任务，并把这些任务分别交给负责接待的人员，负责采购的人员，负责烹调的人员和负责布置的人员来协调完成。从这个意义来说，操作系统就像是用户或用户程序的一个大管家。有了操作系统这个大主管，用户或用户程序就可以免去琐碎事情的纠缠，把主要精力放在更重要的事情上。

计算机系统中的所有资源都由操作系统统一管理，并由操作系统根据用户的需求按照一定的策略分配和调度。操作系统的资源管理主要包括存储管理、CPU管理、设备管理和文件管理。家庭主管对家庭事物的管理结构和操作系统对计算机系统资源的管理结构分别见图5-5（a）和图5-5（b）。

图5-5 家庭主管和操作系统

（a）家庭主管的管理结构；（b）操作系统的管理结构

存储管理主要负责把内存单元分配给要执行的用户程序，以便让它准备运行，在用户程序运行结束后，再把它占用的内存单元收回，以便别的用户程序再次使用。

CPU管理根据一定的策略把CPU交替地分配给系统内等待运行的用户程序。一个等待运行的用户程序只有在获得了CPU资源后才能运行。

计算机的输入/输出设备和磁盘、磁带设备统称为计算机的外部设备（或简称设备）。设备管理负责把外部设备分配给用户程序，并控制外部设备按用户程序的要求进行操作，然后当用户程序结束时回收外部设备，以便别的用户程序再次使用。对于一个输入/输出型设备（如打印机），可以直接把一个设备分配给一个用户程序使用；对于存储型设备，如磁盘、光盘或磁带，则是为每个提出请求的用户程序分配所需要的存储空间。(www.chuimin.cn)

存放在外部介质上的一组数据的集合称为一个文件。存放文件的外部介质包括磁盘、光盘、磁带等。对文件的操作主要包括创建文件、打开文件、读/写文件、关闭文件和撤消文件等。文件管理是向用户或用户程序提供创建文件、打开文件、读/写文件、关闭文件和撤消文件的功能。有了文件管理，用户或用户程序可以按文件名存取外部介质上的数据，而无需知道这些数据存放在磁盘、光盘或磁带的具体位置。

2.用户接口

操作系统的一类直接使用者是用户。用户可以通过操作系统提供的资源管理功能来管理计算机的资源。但要让用户能方便地使用资源管理的功能，操作系统还需要为用户提供一个便利的使用接口，我们把操作系统的这部分功能称为用户接口。操作系统的组成结构如图5-6所示。

图5-6 操作系统的组成结构

从操作系统的用户的角度看，存储管理、CPU管理、设备管理和文件管理等位于操作系统的内部，所以这些部分也称作操作系统的内核，用户接口位于操作系统的外部，所以这部分也称作外壳。

外壳的英语单词为shell，所以操作系统中把用户接口部分称作shell。一个大的操作系统，通常提供几种不同的shell，允许用户自由选择，不同的shell提供的功能不同。如Unix操作系统就提供了Borne shell，C shell和Korn shell，允许用户自由选择。用户可根据自己的应用特点，选择不同的shell安装在自己的计算机上。

用户是通过用户接口部分提供的命令使用操作系统内核部分功能的。命令是用户调用操作系统中某一个特定功能程序的标识。早期的命令都是字符形式，用户要像使用外语一样，首先记住要使用的命令的单词和格式（命令的格式相当于语言中的语法）。目前的操作系统都提供图形化的用户接口，用户只要用鼠标做适当的点击，即可完成所需的操作。例如，DOS是微机上早期的操作系统，用户要把硬盘C的根目录下的文件“Example”拷贝到软盘A上的命令为：

COPYC：\Example A

Windows是目前微机上广泛使用的图形化用户接口的操作系统，在Windows上完成上述操作的方法，是用鼠标点击出如图5-7所示的图形化命令菜单，然后用鼠标在“3.5软盘（A）”一栏点击即可。

从微观的角度看，操作系统的功能主要分五个方面，即上面简单讨论过的存储管理、CPU管理、设备管理、文件管理和用户接口。

图5-7 图形化用户接口示例

操作系统功能简介-计算机导论

相关推荐