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操作系統(tǒng)的主要功能

　　操作系統(tǒng)是一個看不見摸不著，但是有時時刻刻存在的東西，那么操作系統(tǒng)到底有什么作用?為什么我們的手機電腦一定要用到它呢?下面是小編整理的操作系統(tǒng)的主要功能的介紹，希望對大家有用，更多消息請關注應屆畢業(yè)生網(wǎng)。

　　1、處理機管理功能

　　處理機的分配和運行都是以進程為基本單位，因而對處理機的管理可歸結為對進程的管理。

　　處理機管理的主要功能有：創(chuàng)建和撤銷進程，對諸進程的運行進行協(xié)調，實現(xiàn)進程之間的信息交換，以及按照一定的算法把處理機分配給進程。

　　進程控制、進程同步、進程通信、調度。

　　2、存儲器管理功能

　　存儲器管理的主要任務，是為多道程序的運行提供良好的環(huán)境，提高存儲器的利用率，方便用戶使用，并能從邏輯上擴充內存。

　　內存分配、內存保護、地址映射、內存擴充。

　　3、設備管理功能

　　(1)完成用戶進程提出的I/O請求，為用戶進程分配所需的I/O設備，并完成指定的I/O操作。

　　(2)提高CPU和I/O設備的利用率，提高I/O速度，方便用戶使用I/O設備。

　　緩沖管理、設備分配、設備處理(設備驅動程序)。

　　4、文件管理系統(tǒng)

　　文件管理系統(tǒng)的主要任務是對用戶文件和系統(tǒng)文件進行管理以方便用戶使用，并保證文件的安全性。

　　文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀/寫管理和保護。

　　5、操作系統(tǒng)與用戶之間的接口

　　為方便用戶對操作系統(tǒng)的使用，操作系統(tǒng)向用戶提供了“用戶與操作系統(tǒng)的接口”

　　命令接口、圖形界面接口、程序調用API.

　　拓展：操作系統(tǒng)原理

　　什么是進程?

　　進程的出現(xiàn)，是為了是操作系統(tǒng)可以以一種有序的方式管理應用的執(zhí)行，以達到以下目的：

　　資源對多個應用程序是可用的;

　　物理處理器在多個應用程序之間切換以保證所有程序都在執(zhí)行中;

　　處理器和I/O設備能得到充分利用;

　　所有現(xiàn)在操作系統(tǒng)采用的方法都是依據(jù)一個或者多個進程存在的應用程序執(zhí)行的一種模型。到底什么是進程呢?

　　進程是一組元素組成的實體，它可以是一個正在執(zhí)行中的程序，也可以是一個能分配給處理器并由處理器執(zhí)行的實體。

　　進程的兩個基本元素是：程序代碼(program code)和代碼相關聯(lián)的數(shù)據(jù)集(set of data)。

　　在進程執(zhí)行時，任意給定一個時間，進程都可以唯一地表征為以下元素：

　　標識符：進程的唯一標識符，用來區(qū)別其他進程

　　狀態(tài)：進程在不同的生命周期有著不同的狀態(tài)

　　優(yōu)先級：相對于其他進程的優(yōu)先級

　　程序計數(shù)器：程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址

　　內存指針：包含程序代碼和進程相關數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進程共享內存塊的指針

　　I/O狀態(tài)信息：包括顯示的I/O請求、分配給進程的I/O設備和被進程使用的文件列表等

　　記賬信息：可能包括處理器時間總和、使用的時鐘數(shù)總和、時間限制、記賬號等

　　上述的列表信息被存放在一個稱為進程控制塊的數(shù)據(jù)結構中，該控制塊由操作系統(tǒng)創(chuàng)建和管理。

　　進程狀態(tài)

　　在任何時刻，進程可以處于以下兩種狀態(tài)之一：運行態(tài)和未運行態(tài)，這是最簡單的兩狀態(tài)模型。在這個模型中，會有一個調度器(dispatcher)，使處理器從一個進程切換到另外一個進程。

　　'內存狀態(tài)轉換'

　　由于存在著一些處于非運行狀態(tài)但已經(jīng)就緒等待執(zhí)行的進程，而同時存在另外一些處于堵塞狀態(tài)等待I/O操作結束的進程。

　　因此，解決這一問題比較自然的方法是使用五狀態(tài)模型：運行態(tài)、就緒態(tài)、堵塞/等待態(tài)、新建態(tài)和退出態(tài)。

　　'五狀態(tài)模型'

　　>>(1)被掛起的進程

　　上述的基本狀態(tài)提供了一種為進程建立系統(tǒng)模型的方法，并指導系統(tǒng)的實現(xiàn)。但是，往這個模型中添加其他狀態(tài)也是合理的。

　　由于處理器的運行速度遠大于I/O，以至于內存中所有的進程都在等待I/O的情況也是很常見的。因此，即使是多道程序設計，大多數(shù)處理器仍然可能處于空閑狀態(tài)。

　　一種解決方案是增大內存，使得內存中可以存在更多的進程。然而這種方案顯然是治標不治本的。

　　另外一種解決方案是交換(swapping)。當內存中沒有處于就緒狀態(tài)的進程時，操作系統(tǒng)就把被阻塞的進程換出到磁盤中的掛起隊列(suspend queue)。操作系統(tǒng)在此之后取出掛起隊列中的另一個進程，或者接受一個新進程，將其加載到內存中運行。這時，在進程狀態(tài)模型中添加了另外一個狀態(tài)：掛起態(tài)。

　　當操作系統(tǒng)從掛起隊列中取出一個依然阻塞的進程是毫無意義的，因為它仍然沒有準備好執(zhí)行。所以為了區(qū)分被掛起的進程哪些是可以取出的，需要設計另外一種掛起模型：

　　為了區(qū)分，需要四個狀態(tài)：

　　就緒態(tài)：進程在內存中并可以執(zhí)行

　　阻塞態(tài)：進程在進程中并等待一個事件

　　阻塞/掛起態(tài)：進程在外存中并等待一個事件

　　就緒/掛起態(tài)：進程在外存中，但是只要被載入內存就可以執(zhí)行

　　總結一下掛起的進程的概念：

　　進程不能被立即執(zhí)行。

　　進程可能是或不是正在等待一個事件。如果是，阻塞條件不依賴于掛起條件，阻塞事件的的發(fā)生不會使進程立即執(zhí)行。

　　為組織進程的執(zhí)行，可以通過代理把這個進程置于掛起狀態(tài)，代理可以是進程自己，也可以是父進程或者操作系統(tǒng)。

　　除非代理顯示的命令操作系統(tǒng)進行狀態(tài)轉換，否則進程無法從這個狀態(tài)中轉移。

　　除了因為提供更多的內存空間，進程還會因為什么原因被掛起呢?

　　在所有這些導致進程掛起的情況中，掛起進程的活動都是由最初請求掛起的代理請求的。

　　進程描述

　　操作系統(tǒng)控制計算機系統(tǒng)內部的事件，它為處理器執(zhí)行進程而進行調度「schedule」和分派「dispatch」，給進程分配資源，并響應用戶程序的基本服務請求。因此，操作系統(tǒng)可以被視為管理系統(tǒng)資源的實體。

　　操作系統(tǒng)為了控制進程和管理資源需要哪些信息呢?

　　>>(1)操作系統(tǒng)的控制結構

　　為了管理進程和資源，操作系統(tǒng)構造并維護它所管理的每個實體的信息表。

　　操作系統(tǒng)維護四種不同類型的表：內存、I/O、文件和進程。

　　內存表「memory tables」用于跟蹤內存和外存。內存表必須包括一下信息：

　　分配給進程的內存

　　分配給進程的外存

　　內存塊或者虛擬內存塊的保護屬性

　　管理虛擬內存所需要的任何信息

　　I/O表「I/O tables」用于管理計算機系統(tǒng)中的I/O設備和通道。在任何給定的時刻，一個I/O設備或者是可用的，或者是已分配給某個特定的進程。如果正在進行I/O操作，則操作系統(tǒng)需要知道I/O操作的狀態(tài)和作為I/O傳送的源與目標的.內存單元。

　　文件表「file tables」用于提供關于文件是否存在、文件在外存中的位置、當前狀態(tài)和屬性的信息。

　　進程表「process tables」為了管理和操作進程所必須使用的表。

　　>>(2)進程控制結構

　　操作系統(tǒng)在管理和控制進程時，首先必須知道進程的位置，然后，它必須知道在管理時所必需的進程的屬性(如進程ID、進程狀態(tài))。

　　進程位置

　　想一個最基本的問題：進程的物理表示是什么?

　　回想之前關于進程的定義，進程至少包括一個或者一組被執(zhí)行的程序，與這些程序相關聯(lián)的局部變量、全局變量和任何已定義常量的數(shù)據(jù)單元。因此，一個進程至少包括足夠的內存空間，以保存該進程的程序和數(shù)據(jù);此外，程序的執(zhí)行通常設計用于跟蹤過程調用和過程間參數(shù)傳遞的棧。最后，與每個進程相關聯(lián)的還有操作系統(tǒng)用于控制進程的許多屬性，也就是進程控制塊。程序、數(shù)據(jù)、棧和屬性的集合稱為進程映像「process image」。

　　在最簡單的情況下，進程映像保存在鄰近的活連續(xù)的存儲塊中。因此，操作系統(tǒng)必須知道每個進程在磁盤中的位置;對于在內存中的進程，需要知道其在內存中的位置。

　　現(xiàn)代操作系統(tǒng)嘉定分頁硬件允許用不連續(xù)的物理內存來支持部分常駐內存的程序。在任何給定的時刻，進程映像的一部分可以在內存中，剩余部分可以在外存中。因此，操作系統(tǒng)維護的進程表必須表明每個進程映像中每頁的位置。

　　進程屬性

　　操作系統(tǒng)所需要的每個進程信息的簡單分類：

　　進程標識信息

　　進程狀態(tài)信息

　　進程控制信息

　　所有的操作系統(tǒng)中，每個進程都分配了唯一的一個數(shù)字來表示進程標識符。除此之外，還分配一個用戶標識符，用于表明擁有該進程的用戶。

　　處理器狀態(tài)信息包括處理器寄存器的內容。當進程被中斷時，所有寄存器中的信息必須被保存起來，使得進程恢復執(zhí)行時，這些信息可以被恢復。

　　進程控制塊中的第三類主要信息是進程控制信息，用于操作系統(tǒng)控制和協(xié)調各種活動進程所需要的額外信息。

　　進程控制塊中可能還包含構造信息，包括將進程控制塊鏈接起來的指針。

　　進程控制塊的作用