为了给多道程序提供良好的运行环境,操作系统应具有以下几方面的功能:处理机管理、 存储器管理、设备管理和文件管理。为了方便用户使用操作系统,还必须向用户提供接口。同时操作系统可用来扩充机器,以提供更方便的服务、更高的资源利用率。
操作系统作为计算机系统资源的管理者
1) 处理机管理
在多道程序环境下,处理机的分配和运行都以进程(或线程)为基本单位,因而对处理机的管理可归结为对进程的管理。并发时在计算机内同时运行多个进程,所以,进程何时创建、何时撤销、如何管理、如何避免冲突、.合理共享就是进程管理的最主要的任务。进程管理的主要功能有:进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。
2) 存储器管理
存储器管理是为了给多道程序的运行提供良好的环境,方便用户使用以及提高内存的利用率,主要包括内存分配、地址映射、内存保护与共享和内存扩充等功能。
3) 文件管理
计算机中的信息都是以文件的形式存在的,操作系统中负责文件管理的部分称为文件系统。文件管理包括文件存储空间的管理、目录管理及文件读写管理和保护等。
4) 设备管理
设备管理的主要任务是完成用户的I/O请求,方便用户使用各种设备,并提高设备的利用率,主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理和虛拟设备等功能。
操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口
为方便用户使用计算机,操作系统还提供了用户接口。操作系统提供的接口主要分为两类•• 一类是命令接口,用户利用这些操作命令来组织和控制作业的执行;另一类是程序接口,编程人员可以使用它们来请求操作系统服务。
1) 命令接口
使用命令接口进行作业控制的主要方式有两种,即联机控制方式和脱机控制方式。按作业控制方式的不同,可以将命令接口分为联机命令接口和脱机命令接口。
联机命令接口又称交互式命令接口,适用于分时或实时系统的接口。它由一组键盘操作命令组成。用户通过控制台或终端输入操作命令,向系统提出各种服务要求。用户每输入完一条命令,控制权就转入操作系统的命令解释程序,然后由命令解释程序对输入的命令解释并执行,完成指定的功能。之后,控制权又转回到控制台或终端,此时用户又可以输入下一条命令。
脱机命令接口又称批处理命令接口,即适用于批处理系统,它由一组作业控制命令(或称作业控制语句)组成。脱机用户不能直接干预作业的运行,应事先用相应的作业控制命令穹成一份作业操作说明书,连同作业一起提交给系统。当系统调度到该作业时,由系统中的命令解释程序对作业说明书上的命令或作业控制语句遂条解释执行,从而间接地控制作业的运行。
2) 程序接口
程序接口由一组系统调用命会(简称系统调用,也称广义指令)组成。用户通过在程序中使用这些系统调用命令来请求操作系统为其提供服务。用户在程序中可以直接使用这组系统调用命令向系统提出各种服务要求,如使用各种外部设备,进行有关磁盘文件的操作,申请分配和回收内存以及其他各种控制要求。
而当前最为流行的是图形用户界面(GUI)即图形接口,用户通过鼠标和键盘,在图形界面上单击或使用快捷键就能很方便地使用操作系统。有些系统提供了上述三种接口,但 GUI 最终是通过调用程序接口实现的,严格地说它不属于操作系统的一部分。
操作系统用做扩充机器
没有任何软件支持的计算机称为裸机,它仅构成计算机系统的物质基础,而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。裸机在最里层,它的外面是操作系统,由操作系统提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能,将裸机改造成功能更强、 使用更方便的机器,通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器,又称之为虚拟机。