第章操作系统概述-烟台大学计算机与控制工程学院.doc

第1章 操作系统概述 在现代计算机系统中，如果不安装操作系统，很难想象还会有谁使用计算机。操作系统是计算机系统中重要的系统软件，是整个计算机系统的控制中心。操作系统不仅将裸机改造成为功能强、服务质量高、使用方便灵活、运行安全可靠的虚拟机来为用户提供使用计算机系统的良好环境，而且采用合理有效的方法组织多个用户共享计算机系统中的各种资源，最大限度地提高系统资源的利用率。 1.1 什么是操作系统 操作系统是配置在计算机硬件平台上的第一层软件，是一组系统软件。一个新的操作系统往往融合了计算机发展中的一些传统的技术和新的研究成果。在计算机系统中，处理机、内存、磁盘、终端、网卡等硬件资源通过主板连接构成了看得见摸得着的计算机硬件系统。为了能使这些硬件资源高效地、尽可能并行地供用户程序使用，为了给用户提供通用的使用这些硬件的方法，必须为计算机配备操作系统软件。操作系统的工作就是管理计算机的硬件资源和软件资源，并组织用户尽可能方便地使用这些资源。操作系统是软硬资源的控制中心，它以尽量合理有效的方法组织用户共享计算机的各种资源。为了使读者对操作系统有更清楚地了解，我们从系统软件、资源管理器和接口三个方面介绍操作系统。 1.1.1 操作系统是最重要的系统软件 计算机系统可以看成是由硬件和软件按层次结构 组成的系统，如图1.1所示。硬件系统是指构成计算 机系统所必须配置的硬件设备。现代计算机系统一般 都包含一个或多个处理器、内存、磁盘驱动器、光盘 驱动器、打印机、时钟、鼠标、键盘，显示器、网络 接口以及其它输入/输出设备。计算机硬件系统构成了 图1.1计算机系统组成 计算机本身和用户作业赖以活动的物质基础。只有硬件系统而无软件系统的计算机称为裸机。用户直接使用裸机不仅不方便，而且将严重降低系统效率。软件系统是一个为计算机系统配置的程序和数据的集合。软件系统又有应用软件和系统软件之分。应用软件是为解决某一具体应用问题而开发的软件，如：财务软件、字处理软件等；系统软件是专门为计算机系统所配置的，如操作系统、各种语言处理程序等。操作系统是以硬件为基础的系统软件，是硬件层的第一次扩充，在这一层上实现了操作系统的全部功能，并提供了相应的接口。其它各软件层都是在操作系统的基础上开发出来的。语言处理程序层包括各种程序设计语言的编译程序以及动态调试程序等实用性程序。语言处理程序层是操作系统层的扩充，而应用程序层是语言处理程序层的进一步扩充。在应用程序层，用户可以使用各种程序设计语言，在操作系统的支持下，编写并运行满足用户需要的各种应用程序。 由此可见，操作系统是计算机系统中最重要的系统软件。 1.1.2 操作系统是资源管理器 计算机系统的资源包括硬件资源和软件资源。站在资源管理的角度，把计算机系统资源分为四大类：处理机、存储器、输入/输出设备和信息，前三类为硬件资源，最后一类为软件资源。操作系统的任务就是使整个计算机系统的资源得到充分有效的利用，并且在相互竞争的程序之间合理有序地控制系统资源的分配，从而实现对计算机系统工作流程的控制。 作为资源管理器，操作系统要完成以下工作： ① 跟踪资源状态。时刻维护系统资源的全局信息，掌握系统资源的种类和数量、已分配和未分配的情况。 ② 分配资源。处理对资源的使用请求，协调请求中的冲突，确定资源分配算法。当有多个用户争用某个资源时，进行裁决。同时，根据资源分配的条件、原则和环境决定是立即分配还是暂缓分配。 ③ 回收资源。用户程序在资源使用完毕之后要释放资源。此时，资源管理器应及时回收资源，以便下次重新分配。 ④ 保护资源。资源管理器负责对资源进行保护，防止资源被有意或无意地破坏。 系统资源的使用方法和管理策略决定了操作系统的规模、类型、功能与实现方法，基于这一点，可以把操作系统看成是由一组资源管理器（即资源管理程序）组成的。根据资源的分类情况，可以为操作系统建立相应的四类管理器：处理机管理、存储器管理、输入/输出设备管理和信息管理（通常指文件系统）。因此说，操作系统是资源管理器。 1.1.3 操作系统是用户（应用程序）与计算机硬件系统之间的接口 在计算机系统组成的四个层次中，硬件是最低层。操作系统处于用户与计算机系统硬件之间，用户通过操作系统来使用计算机。对多数计算机而言，在机器语言级的体系结构（包括指令系统、存储组织、I/O和总线结构）上编程是相当困难的，尤其是输入/输出操作。为了让用户和程序员在使用计算机时不涉及硬件细节，使程序员与硬件细节独立开来，需要建立一种高度抽象。这种抽象就是为用户提供一台等价的扩展计算机，这样的计算机称为虚拟计算机，简称虚拟机。操作系统作为虚拟机为用户使用计算机提供了方便，用户可不必了解计算机硬件工作的细节，通过操作系统来使用计算机，操作系统就成了用户和计