高一文

中圖分類號：C93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-5811（2013）03-0070-01

摘要：操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)硬件資源，控制其他程序運(yùn)行并為用戶提供交互操作界面的系統(tǒng)軟件的集合。本文主要是將操作系統(tǒng)發(fā)揮的作用通過其類型和功能的介紹進(jìn)行了概述，體現(xiàn)了現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本特征。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)功能 進(jìn)程管理

1.操作系統(tǒng)類型

操作系統(tǒng)是維持整個(gè)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)，它從最初的手工操作發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了許多的轉(zhuǎn)變，但比較常用還是多道批處理和分時(shí)系統(tǒng)。

1.1分時(shí)系統(tǒng)

將CPU運(yùn)行時(shí)間分割成許多很短的時(shí)間片，若干作業(yè)同時(shí)存放在內(nèi)存中，并將它們組織成隊(duì)列輪流在CPU上運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片；若一個(gè)作業(yè)在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)沒有運(yùn)行完，就讓它暫時(shí)中斷，把下一個(gè)時(shí)間片讓給后面的作業(yè)，等待下一輪的分配；等待的時(shí)候可以通過終端和用戶會話，使用戶請求得到及時(shí)的響應(yīng)。

1.2多道技術(shù)

將要處理的作業(yè)存放在外部存儲器中，形成隊(duì)列，等待運(yùn)行。當(dāng)需要調(diào)入時(shí)，由操作系統(tǒng)中的作業(yè)調(diào)度程序?qū)ν獯嬷械牟糠肿鳂I(yè)，依照其對資源的要求和調(diào)度原則，調(diào)進(jìn)內(nèi)存，交替運(yùn)行。當(dāng)某個(gè)作業(yè)完成，再調(diào)入一個(gè)或幾個(gè)作業(yè)。

如圖所示，A程序占用CPU資源請求使用I/O A設(shè)備（黃線），I/O A設(shè)備啟動（綠線），但I(xiàn)/O設(shè)備的運(yùn)行是和CPU無關(guān)的，所以CPU現(xiàn)處于空閑階段。前文提到，多道技術(shù)是一次調(diào)入一個(gè)或幾個(gè)作業(yè)，這時(shí)的CPU沒有被利用，距離下次A再發(fā)出請求還有段時(shí)間，多道技術(shù)系統(tǒng)合理利用了這段空閑時(shí)間。程序B在I/O A設(shè)備啟動時(shí)，利用CPU資源向I/O B設(shè)備發(fā)出請求（紫線），多利用了一段CPU資源。

1.3兩者比較

分時(shí)系統(tǒng)是讓多個(gè)進(jìn)程輪流使用處理機(jī)，每個(gè)進(jìn)程無論結(jié)束否，在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)都會強(qiáng)制停止，換下一個(gè)進(jìn)程。而多道技術(shù)系統(tǒng)則是系統(tǒng)分配多個(gè)進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行使用處理機(jī)，直到進(jìn)程結(jié)束。

2.操作系統(tǒng)功能

操作系統(tǒng)的功能是管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有的硬件和軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，并為用戶提供一個(gè)良好的工作環(huán)境和友好的接口。從資源管理的角度，其功能主要有：處理機(jī)管理、存儲管理、設(shè)備管理和信息管理，而從合理組織工作流程，方便用戶的角度，其功能主要是：作業(yè)管理。下面將對這些功能一一介紹。

2.1處理機(jī)管理

該功能概括而言就是：進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信和調(diào)度。在單道作業(yè)或者單用戶的情況下，對處理機(jī)的管理十分簡單。但在多道程序或多用戶的情況下，要組織多個(gè)作業(yè)同時(shí)運(yùn)行，就要解決處理機(jī)分配、回收資源等問題。在后面，將重點(diǎn)討論處理機(jī)調(diào)度中的進(jìn)程管理。

2.2存儲管理

主要是對存儲器進(jìn)行分配、保護(hù)、擴(kuò)充和地址映射。隨著科技的發(fā)展，雖然現(xiàn)在內(nèi)存容量在不斷的增長，但其仍然是相當(dāng)稀缺的資源。如果直接在內(nèi)存上載入要運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，會使得CPU執(zhí)行速度得不到充分的發(fā)揮。為使CPU資源得到充分利用，對于內(nèi)存的存儲管理是相當(dāng)必要的。

2.3設(shè)備管理

計(jì)算機(jī)往往配置種類紛繁的I/O設(shè)備，這些設(shè)備具有很不相同的操作性能，尤其是處理速度和信息傳輸差別很大，使用也不盡相同。為發(fā)揮設(shè)備和主機(jī)的并行工作能力，常需采用緩沖技術(shù)和虛擬技術(shù)。

2.4文件系統(tǒng)管理

對系統(tǒng)的軟件——程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。當(dāng)一個(gè)文件不用時(shí)，保存在外存中，對于這些信息的共享、保密和保護(hù)，顯然是相當(dāng)重要的。操作系統(tǒng)允許多個(gè)用戶對文件同時(shí)訪問，但未授權(quán)的用戶不能對文件進(jìn)行調(diào)用或修改。

2.5用戶接口

操作系統(tǒng)為為普通用戶、管理用戶提供了不同操作命令組成的可視化的操作界面，每個(gè)命令實(shí)現(xiàn)和完成用戶所要求的特定功能和服務(wù)，如：上網(wǎng)、在線處理、辦公處理等，讓計(jì)算機(jī)更加方便靈活。

3.處理機(jī)調(diào)度——進(jìn)程管理

3.1進(jìn)程調(diào)度

進(jìn)程調(diào)度過程分為三個(gè)循環(huán)步驟：等待-->就緒-->執(zhí)行

進(jìn)程創(chuàng)建后，進(jìn)入等待隊(duì)列。當(dāng)進(jìn)程獲得了除CPU以外的所有資源（如：外設(shè)操作完成、具有合作關(guān)系的某進(jìn)程來了、對某資源訪問本不能進(jìn)行，現(xiàn)在可以了等）后，進(jìn)入到就緒隊(duì)列中。此時(shí)通過一定的算法調(diào)度進(jìn)程，進(jìn)程獲得CPU資源后，轉(zhuǎn)換為執(zhí)行狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行完成或時(shí)間片用完后，釋放CPU，沒有運(yùn)行完的進(jìn)程再次進(jìn)入等待隊(duì)列中，并將進(jìn)程現(xiàn)在的執(zhí)行狀態(tài)記錄在PCB塊中。

3.2資源分配

CPU資源的合理分配主要是通過調(diào)度進(jìn)程時(shí)的算法來完成的。經(jīng)常用到的算法主要有四種：先來先服務(wù)調(diào)度算法、最短作業(yè)優(yōu)先算法、響應(yīng)比高者優(yōu)先算法、優(yōu)先級高者優(yōu)先算法。

先來先服務(wù)：根據(jù)進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后順序來選擇。它提高了平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間，但若執(zhí)行時(shí)間較短的進(jìn)程來得晚，就不利于短進(jìn)程的調(diào)度。

最短作業(yè)：從就緒隊(duì)列中選擇執(zhí)行時(shí)間最短的進(jìn)程執(zhí)行。但如果不斷的有進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列中，這可能使得執(zhí)行時(shí)間長的進(jìn)程永遠(yuǎn)得不到執(zhí)行。

響應(yīng)比高者：每次進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度前，會計(jì)算每個(gè)進(jìn)程的響應(yīng)比，選擇響應(yīng)比最大的執(zhí)行。由于這種算法每次調(diào)度前都要重新計(jì)算，所以它的開銷比較大。

優(yōu)先級高者：根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級來調(diào)度，高優(yōu)先級進(jìn)程先執(zhí)行。該算法又分為靜態(tài)優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級。靜態(tài)的優(yōu)先級一直不變，算法實(shí)現(xiàn)簡單，但效率低，調(diào)度性能不高；動態(tài)的優(yōu)先級隨時(shí)間推移而改變，系統(tǒng)要為此付出一定代價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張堯?qū)W.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程[J].清華大學(xué)出版社，2006.

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