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第九章操作系统支持 第九章操作系统支持 操作系统是管理计算机资源并为用户提供服务的系统软件，作为硬件与应用软件之间的接口，操作系统起着承上启下的作用。了解操作系统与硬件之间的相互关系有助于理解计算机系统的整体工作过程。本章仅就操作系统与硬件关系最密切的处理机调度与存储管理问题进行讨论。 9.1操作系统概述 一、操作系统的概念 计算机系统大体上可以分为三个部分：硬件、系统软件和应用软件。硬件是所有软件运行的物质基础。 操作系统（简称OS）则是最重要的系统软件，是管理计算机系统资源、控制程序执行的系统软件。操作系统作为计算机用户与计算机硬件之间的接口程序，向用户和应用软件提供各种服务，合理组织计算机工作流程，并为用户使用计算机提供良好运行环境。 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。操作系统依托计算机硬件并在其基础上提供许多新的服务和功能，从而使用户能够方便、可靠、安全、高效地操纵计算机硬件并运行应用程序。 9.1操作系统概述 二、操作系统的主要目标归结为以下几点： 管理系统资源:操作系统能有效管理系统中的所有硬件资源和软件资源，使资源得到充分利用。 提高系统效率:操作系统能合理地组织计算机的工作流程，改进系统性能，提高系统效率。 方便用户使用:通过向用户提供友好的用户界面，操作系统能让用户更方便、更轻松地使用计算机系统。 增强机器功能:操作系统能通过扩充改造硬件部件并提供新的服务来增强机器功能。 构筑开放环境:操作系统通过遵循相关技术标准的方式支持体系结构的可伸缩性和可扩展性，支持应用程序在不同平台上的移植和互操作。 9.1.2操作系统的功能 操作系统的核心任务：管理计算机系统中的资源。 从资源管理的角度来看，作为资源管理器的操作系统对计算机硬件资源的管理主要体现在以下三个方面： 处理器管理 存储器管理 设备管理 9.1.2操作系统的功能 处理机管理：处理机是最重要的硬件资源，因为所有软件的执行和系统功能的实现都　依赖于处理机。因此，能否充分发挥处理机的效能，是系统功能和性能的关键。 早期的计算机系统是单用户、单任务系统，处理机仅为一个用户的一个任务服务见图所示。 9.1.2操作系统的功能 现代的计算机系统广泛采用多任务机制支持多个程序或多个用户并行使用计算机。在引入多任务机制后，当一个作业需等待I/O操作等外部条件满足时，处理机转去执行另一个作业，从而实现多任务的并行执行。操作系统负责组织多个任务的并行执行，并负责解决处理机的调度、分配和回收等问题。 多务系统运行两道程序时处理机的使用效率见图 9.1.2操作系统的功能 存储管理：按照冯·诺依曼体系结构，无论是指令还是操作数，都存储在内存储器中。因此存储系统的性能对系统整体性能的影响非常大。随着现代计算机系统的存储系统层次结构的复杂化，操作系统担负的存储管理任务也越来越繁杂。尤其在多任务系统中。 （1）存储分配:即根据程序的需要为其分配存储器资源，在方便存储器使用的同时又要保证存储器的高利用率。 （2）存储共享:允许主存中的多个任务或多个用户程序共享存储器资源，这一方面可以提高存储器的利用率，另一方面又便于多任务间的数据交换。 （3）存储保护:确保用户程序不会有意或无意地访问或破坏操作系统的关键代码和数据。各个用户程序之间也需要相互隔离、互不干扰。 （4）存储扩充:基于存储器的层次结构，存储管理需要为用户提供与实际物理内存空间不直接相关的逻辑编程空间，并在主存和辅助存储器的支持下实现逻辑地址空间与物理地址空间之间的映射与变换，方便用户的编程和使用。 9.1.2操作系统的功能 设备管理：设备管理的主要任务是进行各类外围设备的调度与管理，协调各个用户提出的I/O请求，提高各I/O设备操作与处理机运行的并行性，提高处理机和I/O设备的利用率。设备管理还需提供每种设备的设备驱动程序，向用户屏蔽硬件使用细节。 9.1.3操作系统的特性及其需要解决的问题 操作系统作为计算机系统的管理者，必须解决一系列复杂的管理问题。而计算机系统运行的特性决定着操作系统的策略。 并发性 共享性 随机性等特征。 9.1.3操作系统的特性及其需要解决的问题 并发性：为了提高系统资源利用率，多任务系统采用并发技术消除计算机系统中部件和部件之间的相互等待：两个或两个以上的程序可以在同一时间间隔内同时执行，设备的输入输出操作和处理机执行程序同时进行。因此并发性是操作系统的重要特征。 共享性：多个并发执行的程序需要共享系统中的硬件资源和信息资源。 随机性：在多道程序环境中，随机性是显而易见的：用户发出命令或输入数据的时间相对于指令的执行时间是随机的，程序运行发生错误或异常的时刻是随机的，外部中断事件发生的时刻是随机的，一个程序由于等待资源而被暂停执行的时间也是随机的。 9.1.4操作