1.1.3 操作系統(tǒng)的作用與功能

　　操作系統(tǒng)是用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口。可以認(rèn)為操作系統(tǒng)是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的第一次擴(kuò)充，用戶通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。換句話說(shuō)，操作系統(tǒng)緊靠計(jì)算機(jī)硬件并在其基礎(chǔ)上提供了許多新的設(shè)施和能力，從而，使得用戶能夠方便、可靠、安全、高效地操作計(jì)算機(jī)硬件和運(yùn)行自己的程序。例如，改造各種硬件設(shè)施，使之更容易使用;提供原語(yǔ)和系統(tǒng)調(diào)用，擴(kuò)展機(jī)器的指令系統(tǒng);而這些功能到目前為止還難以由硬件直接實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)還合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，協(xié)調(diào)各個(gè)部件有效工作，為用戶提供一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境。經(jīng)過(guò)操作系統(tǒng)改造和擴(kuò)充過(guò)的計(jì)算機(jī)不但功能更強(qiáng)，使用也更為方便，用戶可以直接調(diào)用操作系統(tǒng)提供的各種功能，而無(wú)須了解許多軟硬件本身的細(xì)節(jié)，對(duì)于用戶來(lái)講操作系統(tǒng)便成為它與計(jì)算機(jī)硬件之間的一個(gè)接口。

　　操作系統(tǒng)為用戶提供了虛擬計(jì)算機(jī)(Virtual Machine)。許多年以前，人們就認(rèn)識(shí)到必須找到某種方法把硬件的復(fù)雜性與用戶隔離開(kāi)來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的探索和研究，目前采用的方法是在計(jì)算機(jī)裸機(jī)上加上一層又一層的軟件來(lái)組成整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng);同時(shí)，為用戶提供一個(gè)容易理解和便于程序設(shè)計(jì)的接口。在操作系統(tǒng)中，類似地把硬件細(xì)節(jié)隱藏并把它與用戶隔離開(kāi)來(lái)的情況非常普遍，如I/O管理軟件、文件管理軟件和窗口軟件向用戶提供了一個(gè)越來(lái)越方便的使用I/O 設(shè)備的方法。由此可見(jiàn)，每當(dāng)在計(jì)算機(jī)上覆蓋了一層軟件，提供了一種抽象，系統(tǒng)的功能便增加一點(diǎn)，使用就更加方便一點(diǎn)，用戶可用的運(yùn)行環(huán)境就更加好一點(diǎn)。所以，當(dāng)計(jì)算機(jī)上覆蓋了操作系統(tǒng)后，可以擴(kuò)展基本功能，為用戶提供一臺(tái)功能顯著增強(qiáng)、使用更加方便、安全可靠性好、效率明顯提高的機(jī)器，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)好像可以使用的是一臺(tái)與裸機(jī)不同的虛擬計(jì)算機(jī)。

　　操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，能分配給用戶使用的各種硬件和軟件設(shè)施總稱為資源。資源包括兩大類：硬件資源和信息資源。其中，硬件資源分為處理器、存儲(chǔ)器、I/O 設(shè)備等;I/O設(shè)備又分為輸入型設(shè)備、輸出型設(shè)備和存儲(chǔ)型設(shè)備;信息資源則分為程序和數(shù)據(jù)等。操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一是對(duì)資源進(jìn)行抽象研究，找出各種資源的共性和個(gè)性，有序地管理計(jì)算機(jī)中的硬件、軟件資源，跟蹤資源使用情況，監(jiān)視資源的狀態(tài)，滿足用戶對(duì)資源的需求，協(xié)調(diào)各程序?qū)�資源的使用沖突;研究使用資源的統(tǒng)一方法，為用戶提供簡(jiǎn)單、有效的資源使用手段，最大限度地實(shí)現(xiàn)各類資源的共享，提高資源利用率，從而使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率有很大提高。

　　操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者，主要負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟硬件資源，調(diào)度系統(tǒng)中各種資源的使用。具體地講，其主要功能包括以下6種。

　　1.處理機(jī)管理

　　處理機(jī)管理的主要任務(wù)是對(duì)處理機(jī)的分配和運(yùn)行實(shí)施有效的管理。在多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分配和運(yùn)行是以進(jìn)程為基本單位的。因此，對(duì)處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理。進(jìn)程管理應(yīng)具有下述主要功能：

　　(1)進(jìn)程控制：負(fù)責(zé)進(jìn)程的創(chuàng)建、撤銷及狀態(tài)轉(zhuǎn)換;

　　(2)進(jìn)程同步：對(duì)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行協(xié)調(diào);

　　(3)進(jìn)程通信：負(fù)責(zé)完成進(jìn)程間的信息交換;

　　(4)進(jìn)程調(diào)度：按一定算法進(jìn)行處理機(jī)分配。

　　2.存儲(chǔ)器管理

　　存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)是對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充，為多道程序運(yùn)行提供有力的支撐，便于用戶使用存儲(chǔ)資源，提高存儲(chǔ)空間的利用率。存儲(chǔ)管理的主要功能包括：

　　(1)內(nèi)存分配：按一定的分配策略為每道程序分配內(nèi)存;

　　(2)存儲(chǔ)共享：存儲(chǔ)管理能讓內(nèi)存儲(chǔ)器中的多個(gè)用戶程序?qū)崿F(xiàn)存儲(chǔ)資源的共享，以提高存儲(chǔ)器的利用率;

　　(3)內(nèi)存保護(hù)：保證各程序在自己的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)運(yùn)行而不相互干擾;

　　(4)內(nèi)存擴(kuò)充：為允許大型作業(yè)或多作業(yè)的運(yùn)行，必須借助虛擬存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)增加內(nèi)存的效果。

　　3.設(shè)備管理

　　設(shè)備管理的主要任務(wù)是管理各類外圍設(shè)備，完成用戶提出的I/O請(qǐng)求，加快I/O信息的傳送速度，發(fā)揮I/O設(shè)備的并行性，提高I/O設(shè)備的利用率，以及提供每種設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和中斷處理程序，為用戶隱蔽硬件細(xì)節(jié)、提供方便簡(jiǎn)單的設(shè)備使用方法。設(shè)備管理應(yīng)具有下述功能：

　　(1)設(shè)備分配：根據(jù)一定的設(shè)備分配原則對(duì)設(shè)備進(jìn)行分配。為了使設(shè)備與主機(jī)并行工作，常需采用緩沖技術(shù)和虛擬技術(shù);

　　(2)設(shè)備傳輸控制：實(shí)現(xiàn)物理的輸入/輸出操作，即啟動(dòng)設(shè)備、中斷處理、結(jié)束處理等;

　　(3)設(shè)備獨(dú)立性：即用戶向系統(tǒng)申請(qǐng)的設(shè)備與實(shí)際操作的設(shè)備無(wú)關(guān)。

　　4.文件管理

　　在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，通常把程序和數(shù)據(jù)以文件形式存儲(chǔ)在外存儲(chǔ)器(又叫輔存儲(chǔ)器)上，供用戶使用;這樣，外存儲(chǔ)器上保存了大量文件，對(duì)這些文件如不能采取良好的管理方式，就會(huì)導(dǎo)致混亂或破壞，造成嚴(yán)重后果。為此，在操作系統(tǒng)中配置了文件管理，操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)文件管理的部分稱為文件系統(tǒng)。其主要功能如下：

　　(1)文件存儲(chǔ)空間的管理：負(fù)責(zé)對(duì)文件存儲(chǔ)空間進(jìn)行管理，包括存儲(chǔ)空間的分配和回收等功能;

　　(2)目錄管理：目錄是為方便文件管理而設(shè)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它能提供按文件名存儲(chǔ)的功能;

　　(3)文件操作管理：實(shí)現(xiàn)文件的操作，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的讀/寫;

　　(4)文件保護(hù)：提供文件保護(hù)功能，防止文件遭到破壞。

　　5.網(wǎng)絡(luò)與通信管理

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)源于計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的結(jié)合，近20年來(lái)，從單機(jī)與終端之間的遠(yuǎn)程通信，到今天全世界成千上萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已十分廣泛。聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)至少應(yīng)具有以下管理功能：

　　(1)網(wǎng)上資源管理功能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要目的之一是共享資源，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上資源的共享，管理用戶應(yīng)用程序?qū)�資源的訪問(wèn)，保證信息資源的安全性和完整性;

　　(2)數(shù)據(jù)通信管理功能。計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)后，節(jié)點(diǎn)之間可以互相傳送數(shù)據(jù)，進(jìn)行通信，通過(guò)通信軟件，按照通信協(xié)議的規(guī)定，完成網(wǎng)絡(luò)上計(jì)算機(jī)之間的信息傳送;

　　(3)網(wǎng)絡(luò)管理功能。包括故障管理、安全管理、性能管理、記賬管理和配置管理等。

　　6.用戶接口

　　為了使用戶能靈活、方便地使用計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)功能，操作系統(tǒng)還提供了一組友好的使用其功能的手段稱用戶接口。通常，操作系統(tǒng)為用戶提供以下兩種接口：命令接口和程序接口。

　　(1)命令接口：提供一組命令供用戶直接或間接控制自己的作業(yè)，近年來(lái)出現(xiàn)的圖形接口是命令接口的圖形化。

　　(2)程序接口：提供一組系統(tǒng)調(diào)用，供用戶程序和其他系統(tǒng)程序調(diào)用。

　　1.1.4 操作系統(tǒng)提供的服務(wù)

　　操作系統(tǒng)要為用戶程序的執(zhí)行提供一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境，因此，操作系統(tǒng)為程序和用戶提供了一系列的操作系統(tǒng)服務(wù)，而且這些服務(wù)可使程序員更容易地完成他的工作。操作系統(tǒng)提供的服務(wù)類型主要有公共服務(wù)類型和系統(tǒng)調(diào)用的類型。

　　1.操作系統(tǒng)的公共服務(wù)類型

　　操作系統(tǒng)的公共服務(wù)類型主要有：程序執(zhí)行，I/O操作，文件系統(tǒng)操作，資源分配，擁擠和保護(hù)，通信和差錯(cuò)檢測(cè)。

　　2.系統(tǒng)調(diào)用的類型

　　系統(tǒng)調(diào)用的類型是根據(jù)操作系統(tǒng)所提供服務(wù)的功能來(lái)決定的。系統(tǒng)調(diào)用分為進(jìn)程管理、設(shè)備管理、文件操作、信息維護(hù)及通信。