1.1 操作系统的基本概念
四年级期末试卷答案1.1 操作系统的基本概念
操作系统的出现、使用和发展是近四十余年来计算机软件的一个重大进步，它的出现为人们使用各种各样的计算机奠定了重要基础。
1.1.1 操作系统概念
计算机发展到今天，从个人机到巨型机，无一例外都配置一种或多种操作系统，操作系统已经成为现代计算机系统不可分割的重要组成部分，它为人们建 立各种各样的应用环境奠定了重要基础。计算机系统包括硬件和软件两个组成部分。硬件是所有软件运行的物质基础，软件能充分发挥硬件潜能和扩充硬件功能，完 成各种系统及应用任务，两者互相促进、相辅相成、缺一不可。图1-1给出了一个计算机系统的软、硬件层次结构。
硬件层提供了基本的可计算性资源，包括处理器、寄存器、存储器，以及各种I/O设施和设备，是操作系统和上层软件赖以工作的基础。操作系统层通常是最 靠近硬件的软件层，对计算机硬件作首次扩充和改造，主要完成资源的调度和分配、信息的存取和保护、并发活动的
协调和控制等许多工作。操作系统是上层其他软 件运行的基础，为编译程序和数据库管理系统等系统程序的设计者提供了有力支撑。系统程序层的工作基础建立在操作系统改造和扩充过的机器上，利用操作系统提 供的扩展指令集，可以较为容易地实现各种各样的语言处理程序、数据库管理系统和其他系统程序。此外，还提供种类繁多的实用程序，如连接装配程序、库管理程 序、诊断排错程序、分类/合并程序等供用户使用。应用程序层解决用户特定的或不同应用需要的问题，应用程序开发者借助于程序设计语言来表达应用问题，开发 各种应用程序，既快捷又方便。而最终用户则通过应用程序与计算机系统交互来解决他的应用问题。
计算机系统由硬件、软件和数据组成。在计算机系统的运行中，操作系统提供了利用这些资源的合理途径。操作系统与政府十分相似。像一个政府，其本 身并不能做什么。操作系统仅仅提供了一个环境，其他程序可以在此做有用的工作。我们可以从两个视角来研究操作系统：资源视角和用户视角。
从资源管理的角度来看，操作系统是计算机系统中的资源管理器，负责对系统的硬、软件资源实施有效的控制和管理，提高系统资源的利用率。
从方便用户使用的角度看，操作系统是一台虚拟机，是对计算机硬件的首次扩充，隐藏了硬件操作细节，使用户与硬件细节隔离，从而方便用户使用。
尽管操作系统尚未有一个严格的定义，但一般认为：
操作系统是控制和管理计算机软、硬件资源，以尽量合理有效的方法组织多个用户共享多种资源的程序集合。
1.1.2 操作系统特征
一般操作系统具有以下4个基本特征。
中国最好的牛奶 1．并发性
并发性（Concurrence）是指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生。系统内部具有并发机制，能协调多个终端用户同时使用计算机和资源，能控制多道程序同时运行。
在多处理器系统中，程序的并发性不仅体现在宏观上，而且体现在微观上（即在多个CPU 上）也是并发的，又称并行的。并行性（Parallelism）是指两个或两个以上事件或活动在同一时刻发生。在多道程序环境下，并行性使多个程序同一时 刻可在不同的CPU上同时执行。而在分布式系统中，多台计算机的并存使程序的并发性得到了更充分的发挥。但在单处理机系统中，每一个时刻CPU仅能执行一 道程序，故微观上这些程序是在交替运行的。
可见并行性是并发性的特例，而并发性是并行性的扩展。
2．共享性
共享性是操作系统的另一个重要特性。共享是指操作系统中的资源（包括硬件资源和软件
资源）可被多个并发执行的进程共同使用，而不是被一个进程所独占。共享的方式可以分成两种：
第一种是互斥访问。系统中的某些资源如打印机、磁带机、卡片机，虽然它们可提供给多个进程使用，但在同一时间内却只允许一个进程访问这些资源，即要求 互相排斥地使用这些资源。当一个进程还在使用该资源时，其他欲访问该资源的进程必须等待，仅当该进程访问完毕并释放资源后，才允许另一进程对该资源访问；
第二种是同时访问。系统中还有许多资源，允许同一时间内多个进程对它们进行访问，这里“同时”是宏观上的说法。典型的可供多进程同时访问的资源是磁盘，可重入程序也可被同时访问。
与共享性有关的问题是资源分配、信息保护、存取控制等，必须要妥善解决好这些问题。
并发性和共享性相辅相成，是操作系统的两个最基本的特征，两者之间互为存在条件。一方面，资源的共享是以程序的并发执行为条件的，若系统不允许程序的 并发执行，自然不存在资源共享问题；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效的管理，也必然影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行。曾轶可杨幂
3．虚拟性
虚拟性是指操作系统中的一种管理技术，它把一个物理上的实体映射为若干个逻辑上的对应物。前者是实际存在的，后者是虚幻的，只是用户的一种感觉。采用 虚拟技术的目的是为用户提供易于使用、方便高效的操作环境。例如，Spooling技术可把物理上的一台独占设备变成逻辑上的多台虚拟设备；窗口技术可把 一个物理屏幕变成逻辑上的多个虚拟屏幕；IBM的VM技术把物理上的一台计算机变成逻辑上的多台计算机。虚拟存储器则是把物理上的多个存储器（主存和辅 存）变成逻辑上的一个存储器（虚存）。
上海大专学校 4．不确定性
在操作系统中，由于运行环境的影响，程序的运行时间、运行顺序及同一程序或数据的多次运行结果等均具有不确定性。不确定性有两种含义：程序执行结果是 不确定的，即对同一程序，使用相同的输入，在相同的环境下运行，却可能获得完全不同的结果，即程序是不可再现的。多道程序环境下，程序的执行是以异步方式 进行的。换言之，每个程序在何时执行、多个程序间的执行顺序，以及完成每道程序所需的时间都是不确定的，因而也是不可预知的。例如，作业到达系统的类型和 时间是不确定的；操作员发出命令或按按钮的
时刻是不确定的；程序运行发生错误或异常的时刻是不确定的；各种各样硬件和软件中断事件发生的时刻是不确定的， 等等。
1.1.3 操作系统的作用与功能
操作系统是用户与计算机硬件之间的接口。可以认为操作系统是对计算机硬件系统的第一次扩充，用户通过操作系统来使用计算机系统。换句话说，操作 系统紧靠计算机硬件并在其基础上提供了许多新的设施和能力，从而，使得用户能够方便、可靠、安全、高效地操作计算机硬件和运行自己的程序。例如，改造各种 硬件设施，使之更容易使用；提供原语和系统调用，扩展机器的指令系统；而这些功能到目前为止还难以由硬件直接实现。操作系统还合理地组织计算机的工作流 程，协调各个部件有效工作，为用户提供一个良好的运行环境。经过操作系统改造和扩充过的计算机不但功能更强，使用也更为方便，用户可以直接调用操作系统提 供的各种功能，而无须了解许多软硬件本身的细节，对于用户来讲操作系统便成为它与计算机硬件之间的一个接口。
操作系统为用户提供了虚拟计算机（Virtual Machine）。许多年以前，人们就认识到必须到某种方法把硬件的复杂性与用户隔离开来，经过不断的探索和研究，目前采用的方法
是在计算机裸机上加上 一层又一层的软件来组成整个计算机系统；同时，为用户提供一个容易理解和便于程序设计的接口。在操作系统中，类似地把硬件细节隐藏并把它与用户隔离开来的 情况非常普遍，如I/O管理软件、文件管理软件和窗口软件向用户提供了一个越来越方便的使用I/O 设备的方法。由此可见，每当在计算机上覆盖了一层软件，提供了一种抽象，系统的功能便增加一点，使用就更加方便一点，用户可用的运行环境就更加好一点。所 以，当计算机上覆盖了操作系统后，可以扩展基本功能，为用户提供一台功能显著增强、使用更加方便、安全可靠性好、效率明显提高的机器，对用户来说好像可以 使用的是一台与裸机不同的虚拟计算机。
操作系统是计算机系统的资源管理者。在计算机系统中，能分配给用户使用的各种硬件和软件设施总称为资源。资源包括两大类：硬件资源和信息资源。其中， 硬件资源分为处理器、存储器、I/O 设备等；I/O设备又分为输入型设备、输出型设备和存储型设备；信息资源则分为程序和数据等。操作系统的重要任务之一是对资源进行抽象研究，出各种资源 的共性和个性，有序地管理计算机中的硬件、软件资源，跟踪资源使用情况，监视资源的状态，满足用户对资源的需求，协调各程序对资源的使用冲突；研究使用资 源的统一方法，为用户提供简单、有效的资源使用手段，最大限度地实现各类资源的共享，提高资源康熙来了 修杰楷
利用率，从而使得计算机系统的效率有很大提高。
操作系统是计算机系统的资源管理者，主要负责管理计算机系统中的软硬件资源，调度系统中各种资源的使用。具体地讲，其主要功能包括以下6种。
1．处理机管理
处理机管理的主要任务是对处理机的分配和运行实施有效的管理。在多道程序环境下，处理机的分配和运行是以进程为基本单位的。因此，对处理机的管理可归结为对进程的管理。进程管理应具有下述主要功能：
（1）进程控制：负责进程的创建、撤销及状态转换；
（2）进程同步：对并发执行的进程进行协调；
（3）进程通信：负责完成进程间的信息交换；
（4）进程调度：按一定算法进行处理机分配。
2．存储器管理
存储器管理的主要任务是对内存进行分配、保护和扩充，为多道程序运行提供有力的支撑，便于用户使用存储资源，提高存储空间的利用率。存储管理的主要功能包括：
古天乐承认艾滋病 （1）内存分配：按一定的分配策略为每道程序分配内存；
（2）存储共享：存储管理能让内存储器中的多个用户程序实现存储资源的共享，以提高存储器的利用率；
（3）内存保护：保证各程序在自己的内存区域内运行而不相互干扰；
（4）内存扩充：为允许大型作业或多作业的运行，必须借助虚拟存储技术来实现增加内存的效果。
3．设备管理
设备管理的主要任务是管理各类外围设备，完成用户提出的I/O请求，加快I/O信息的传送速度，发挥I/O设备的并行性，提高I/O设备的利用率，以 及提供每种设备的设备驱动程序和中断处理程序，为用户隐蔽硬件细节、提供方便简单的设备使用方法。设备管理应具有下述功能：
（1）设备分配：根据一定的设备分配原则对设备进行分配。为了使设备与主机并行工作，常需采用缓冲技术和虚拟技术；
（2）设备传输控制：实现物理的输入/输出操作，即启动设备、中断处理、结束处理等；
（3）设备独立性：即用户向系统申请的设备与实际操作的设备无关。
4．文件管理
在现代计算机中，通常把程序和数据以文件形式存储在外存储器（又叫辅存储器）上，供用户使用；这样，外存储器上保存了大量文件，对这些文件如不能采取 良好的管理方式，就会导致混乱或破坏，造成严重后果。为此，在操作系统中配置了文件管理，操作系统中负责文件管理的部分称为文件系统。其主要功能如下：
发布评论