全国计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试参考用书程序员考试同步辅导——考点串讲、真题详解与强化训练(第3版)

2.2 考点串讲 2.2.1 操作系统概述 一、操作系统的定义 操作系统是计算机系统中*重要的系统软件，其他所有的软件都是建立在操作系统之上的，并在操作系统的统一管理和支持下运行。任何用户都是通过操作系统使用计算机的。 操作系统的定义为：操作系统(Operating System，OS)是计算机系统中的一个系统软件，它管理和控制计算机系统的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口的作用。 操作系统的主要任务是使硬件所提供的能力得到充分的利用，支持应用软件的运行并提供相应的服务。由于操作系统在计算机系统中占据着重要地位，所以它已经成为现代计算机系统中一个必不可少的关键组成部分。 二、操作系统的作用 (1) 通过资源管理，提高工作效率。 操作系统的主要作用就是通过CPU管理、存储管理、设备管理和文件管理，对各种资源进行合理的分配，改善资源的共享和利用程度，*大限度地发挥计算机系统的工作效率，提高计算机系统的“吞吐量”(即系统在单位时间内处理工作的能力)。 (2) 改善人机界面，提供友好的工作环境。 操作系统既是计算机硬件和各种软件之间的接口，又是用户与计算机之间的接口。安装操作系统后，用户面对的不再是笨拙的裸机、由0和1组成的代码及一些难懂的机器指令，而是操作便利、服务周到的操作系统，操作系统明显地改善了用户界面，提高了用户的工作效率。 三、操作系统的特征 操作系统主要有并发性、共享性、虚拟性和不确定性四个基本特征。 1) 并发性(Concurrency) 并发性是指在计算机系统中存在着许多同时进行的活动。对计算机系统而言，并发是指宏观上看系统内有多道程序同时运行，微观上看实际上是串行运行。 2) 共享性(Sharing) 共享性是指系统中各个并发活动要共享计算机系统中的各种软、硬件资源，因此操作系统必须解决在多道程序间合理地分配和使用资源。 3) 虚拟性(Virtual) 虚拟性是操作系统中的重要特征，所谓虚拟是指把物理上的一台设备变成逻辑上的多台设备。例如，我们将在本章后面介绍的假脱机(Spooling)技术，就是利用快速、大容量、可共享的磁盘作为中介，模拟多个非共享的低速的输入/输出设备，这样的设备称为虚拟设备。 4) 不确定性(Non-Determinacy) 通常一个程序的初始条件相同时，无论何时运行，结果都应该相同。但由于操作系统并发执行系统内的各种进程，与这些进程有关的事件如从外部设备来的中断、输入输出请求、各种运行故障、发生的时间等都不可预测，如果处理不当，将导致系统出错，这种不确定性所带来的错误是很难查找的。 四、操作系统的功能 1) 处理机管理 处理机是计算机系统的心脏，在单用户系统或单道系统中，处理机为一个用户或一个作业服务，其管理简单，但资源利用率低。为提高系统资源的利用率，引入了多道程序技术，即多个程序(作业)同时运行。在多道程序或多用户的情况下，要组织多个作业同时运行，对多个用户进行响应，就需要解决对处理机的分配、调度和资源回收等问题。处理机管理负责解决如何把CPU时间合理地、动态地分配给程序运行的基本单位——进程，使处理机得到充分的利用。许多操作系统是以作业和进程的方式进行管理的，实现作业和进程的调度，分配处理机，控制作业和进程的执行。现代的操作系统还引入了线程(Thread)作为分配处理机的基本单位。 由于操作系统对处理机的管理策略不同，其提供的作业处理方式也就不同，如批处理方式、分时处理方式和实时处理方式，从而呈现在用户面前的就有不同的操作系统。在操作系统中，*重要的资源是处理机，*重要的管理是处理机管理。 2) 存储管理 计算机系统中，存储器(一般称为主存或内存)是运行程序和存放工作数据的部件，存储管理的工作主要是对内存储器进行分配、扩充和保护。 ? 内存分配：在内存中除了操作系统和其他系统软件外，还要有一个或多个用户程序。如何分配内存，以保证系统及各用户程序的存储区互相不冲突，是内存分配所要解决的问题。 ? 存储保护：系统中有多个程序在运行，如何保证一道程序在执行过程中不会有意或无意地破坏另一道程序？如何保证用户程序不会破坏系统程序？这些就是存储保护问题。 ? 内存扩充：当用户作业所需要的内存量超过计算机系统所提供的内存容量时，如何把内部存储器和外部存储器结合起来管理，为用户提供一个容量比实际内存大得多的虚拟存储器，使这个虚拟存储器和内存一样方便使用，这就需要使用内存扩充。 存储器是计算机系统中*重要的资源之一，因为任何程序和数据，以及各种控制用的数据结构，都必须占有一定的存储空间，因此，存储管理的目的就是尽量提高内存的使用效率。存储管理的好坏直接影响着系统性能。 3) 设备管理 现代计算机系统常常配置很多种类的输入/输出设备，它们的输入/输出速度差别很大。计算机系统常常采用通道、控制器和设备三级控制方法管理这些设备。设备管理的任务就是监视这些资源的使用情况，根据一定的分配策略，把通道、控制器和设备分配给请求输入/输出操作的程序，并启动设备完成所需的操作。为了发挥设备和处理机的并行工作能力，常常采用缓冲技术和虚拟技术。 由于输入/输出设备种类很多，使用方法各不相同，因此，设备管理应为用户提供一个良好的界面，使具体的设备特性透明化，以便用户能方便、灵活地使用这些设备。 4) 文件管理(信息管理) 文件管理是对系统软件资源的管理。对用户来说，文件系统是操作系统中*直观的部分。我们把程序和数据统称为信息或文件，当一个文件暂时不用时，就把它放到外部存储器(如磁盘、磁带和光盘等)上保存起来。对这些文件如果不能很好地进行管理，就会引起混乱，甚至使其遭受破坏。这就是文件管理需要解决的问题。 文件管理的功能包括：建立、修改和删除文件；按文件名进行访问；决定文件信息的存放位置、存放形式及存取权限；管理文件间的联系及提供对文件的共享、保护和保密等，允许多个用户协同工作又不引起混乱。