2023年浅谈计算机操作系统的基本功能.docx

浅谈计算机操作系统的根本功能 [摘 要] 操作系统可能是人们设计的最复杂的软件组件。操作系统管理(虚拟)内存、磁盘缓存和磁盘空间，调度、执行和切换进程，控制进程间通信，捕捉并处理中断和异常，响应呈现的系统调用，管理I/O设备、文件系统、网络连接等。这些根本功能说明了一个操作系统是如何与用户交互、提供效劳以及分配资源的。 [关键词] 计算机 操作系统 根本功能 计算机操作系统主要提供存储管理、处理器管理、信息管理和作业管理等功能。 一、存储管理 存储管理主要是指内存管理，其主要功能是用于分配和回收存储单元。—道程序在启动执行前必须装入存储器，操作系统根据程序的大小或用户的请求，为它分配所需要的存储空间。程序执行完后，操作系统把该程序占用的全部空间收回，以作别用。存储空间的分配和回收工作都是由操作系统进行的。对于具有多道程序的系统，还必须采取适当策略，即给各用户程序分配所需的存储空间，并加以适当保护，以提高整个系统效率。 常用的存储管理技术有单一连续分配、分区分配、覆盖和页面交换技术、分页式、分段式、段页式以及虚拟存储器管理技术等。采用分页式存储管理或虚拟存储器技术的系统中，操作系统还要完成页面调度工作，即把所需的页面调入内存，把暂不用的页面调到外存以腾出存储空间(当然，这需要硬件的支持)。 运行一个程序，需要把其装入到内存。但是当程序规模较大时，往往内存不能满足要求，这样就导致程序无法运行。为了解决内存缺乏的矛盾，人们引入虚拟存储器概念。其根本思想是把内存与外存(磁盘)的二级存储体系变成—级存储体系管理，把当前要运行的程序放人内(主)存、暂不运行的程序放在外存(磁盘)上，当所访问的信息不在主存时，那么由操作系统而不是由程序员把信息从磁盘调入主存。因此，从效果来看，这样的计算机资源，好似为用户提供了一个其存储量比实际主存大得多的存储器，这种管理方式就是虚拟存储管理。当代计算机系统几乎都采用虚拟存储器。 在虚拟系统中，逻辑空间的容量由系统提供的有效地址长度决定。假设地址长度为32bit，那么逻辑空间大小为232B(字节)；而主存可能要小得多，如只有212B大小。缺口局部由外存储器(磁盘)代替，用户所看到的仍是32bit空间。内存与外存的信息交换由系统自动实现，用户无须关心。 二、进程及处理机管理 一个复杂程序通常可分为假设干段，并且按照某种先后次序执行。最简单的一种先后次序是严格的顺序，每次仅执行一个操作，且只有在前一操作执行完后，才能进行其后操作。例如，在进行计算时，总是先输入用户程序和数据，然后进行计算，最后才将结果打印出来，就是程序执行的顺序性。程序的顺序性决定了程序拥有以下的特点： (1)程序的封闭性。指程序一旦开始运行，其计算结果不受外界因素(例如处理机执行速度)的影响。 (2)程序的再现性。假设程序执行时的初始条件相同，那么该程序重复执行时，必将取得相同的结果。 现代计算机广泛采用并行操作技术，使多种硬件设备能并行工作。例如，外围处理机和通道技术的引入，使CPU和I/O设备均能并行工作；又如，当系统中具有多CPU时，便可同时执行不同的程序段。这样，现代计算机仅要求操作间局部有序，即某些程序段必须先于其他程序段，另外很多程序段可以并行执行，即程序段的执行在时间上是重叠的，从而大大地增强了系统的处理能力和利用率。 从上述讨论可知，进程是一个具有独立功能的、可在指定的活动空间和初始环境下执行的过程。它具有顺序性、动态性、并发性、独立性和异步性等特征。 (1)顺序性。是指每个进程在处理机执行时是严格按顺序进行的，即只有当其中一个操作结束后，才能开始其后面的操作。 (2)动态性。它是程序的一次执行过程，由创立而产生，由进程调度的持续调度而执行，因等待某—个事件而睡眠，最后由撤销而消亡。 (3)并发性。是指进程的第一个操作可在另一进程的最后一个操作完成之前开始。 (4)独立性。进程可作为系统进行资源分配和调度的独立单位。 (5)异步性。是指系统中的活泼进程总是按照各自独立的、不可预测的速度向前推进。 三、设备管理 设备管理主要控制外围设备的操作、分配和回收。当一道程序在执行十要使用外围设备时，就向操作系统提出使用请求，操作系统根据请求启动相应的外部设备并控制具操作。从分配角度来看，外围设备可以分为共享设备和独占设备。对共享设备诸如磁盘，必须有相应的策略决定谁可占用、占用的空间大小、占用多久；对于独占设备诸如打印机，可以按一定策略予以实际分配，也可以将它们设置成虚拟设备而暂不实际分配。例如将行式打印机设置成虚拟设备后，那么打印输出就由操作系统转换成写入磁盘操作，即把要打印输出的信息先存人磁盘，等到程序执行完后或到适当时间，再由操作系统控制到行式打印机上输出。 四、文件管理 人类社会所使用的信息以各种方式存在。这些信息包括文字、照片、图画、声音等，最终都以文(件)档形式加以编号保存和复用。计算机使用二进制数把所有这些信息（文字、照片、图画、声音等)存放在磁介质上，同样以文档形式加以编号保存和复用。出此，文件就是创造者所定义的相关信息的集合。 文件管理提供存取信息的各种效劳机制，主要包括从一个指定文件读出信息、更新指定文件、建立和废除一个文件等。操作系统提供文件效劳功能的这一局部称为文件系统。 用户通过文件系统使用文件时，不需要知道信息存放的物理位置以及信息是如何存放在物理介质上的，用户只需知道文件的使用权限，例如，谁拥有阅读某文件的权限，谁拥有修改文件的权限等。因此，在文件系统的管理下，各种文件不仅使用方便，而且平安可靠。常用文件存储的方式有顺序、直接及索引存储等。 五、操作系统的功能 从上述讨论可知，操作系统可能是人们设计的最复杂的软件组件。操作系统管理(虚拟)内存、磁盘缓存和磁盘空间，调度、执行和切换进程，控制进程间通信，捕捉并处理中断和异常，响应呈现的系统调用，管理I/O设备、文件系统、网络连接等。这些根本功能说明了一个操作系统是如何与用户交互、提供效劳以及分配资源。 参 考 文 献 [1]王炽鸿。计算机辅助设计[Ｍ]。北京：机械工业出版社，1998。 [2]丁剑洁，基于度量的软件维护过程管理的研究[D]，西北大学，2022■