操作系统的“小”作用

操作系统的“小”作用

1.操作系统类型

操作系统是维持整个计算机运行的基础，它从最初的手工操作发展到现在经历了许多的转变，但比较常用还是多道批处理和分时系统。

1.1分时系统

将CPU运行时间分割成许多很短的时间片，若干作业同时存放在内存中，并将它们组织成队列轮流在CPU上运行一个时间片；若一个作业在一个时间片内没有运行完，就让它暂时中断，把下一个时间片让给后面的作业，等待下 一轮的分配；等待的时候可以通过终端和用户会话，使用户请求得到及时的响应。

1.2多道技术

将要处理的作业存放在外部存储器中，形成队列，等待运行。当需要调入时，由操作系统中的作业调度程序对外存中的部分作业，依照其对资源的要求和调度原则，调进内存，交替运行。当某个作业完成，再调入一个或几个作业。

如图所示，A程序占用CPU资源请求使用I/O A设备（黄线），I/O A设备启动（绿线），但I/O设备的运行是和CPU无关的，所以CPU现处于空闲阶段。前文提到，多道技术是一次调入一个或几个作业，这时的CPU没有被利用，距离下次A再发出请求还有段时间，多道技术系统合理利用了这段空闲时间。程序B在I/O A设备启动时，利用CPU资源向I/O B设备发出请求（紫线），多利用了一段CPU资源。

1.3两者比较

分时系统是让多个进程轮流使用处理机，每个进程无论结束否，在一个时间片内都会强制停止，换下一个进程。而多道技术系统则是系统分配多个进程同时运行使用处理机，直到进程结束。

2.操作系统功能

操作系统的功能是管理和控制计算机系统中所有的硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，并为用户提供一个良好的工作环境和友好的接口。从资源管理的角度，其功能主要有：处理机管理、存储管理、设备管理和信息管理，而从合理组织工作流程，方便用户的角度，其功能主要是：作业管理。下面将对这些功能一一介绍。

2.1处理机管理

该功能概括而言就是：进程控制、进程同步、进程通信和调度。在单道作业或者单用户的情况下，对处理机的管理十分简单。但在多道程序或多用户的情况下，要组织多个作业同时运行，就要解决处理机分配、回收资源等问题。在后面，将重点讨论处理机调度中的进程管理。

2.2存储管理

主要是对存储器进行分配、保护、扩充和地址映射。随着科技的发展，虽然现在内存容量在不断的增长，但其仍然是相当稀缺的资源。如果直接在内存上载入要运行的程序和数据，会使得CPU执行速度得不到充分的发挥。为使CPU资源得到充分利用，对于内存的存储管理是相当必要的。

2.3设备管理

计算机往往配置种类纷繁的I/O设备，这些设备具有很不相同的操作性能，尤其是处理速度和信息传输差别很大，使用也不尽相同。为发挥设备和主机的并行工作能力，常需采用缓冲技术和虚拟技术。

2.4文件系统管理

对系统的软件——程序和数据进行管理。当一个文件不用时，保存在外存中，对于这些信息的共享、保密和保护，显然是相当重要的。操作系统允许多个用户对文件同时访问，但未授权的用户不能对文件进行调用或修改。

2.5用户接口

操作系统为为普通用户、管理用户提供了不同操作命令组成的可视化的操作界面，每个命令实现和完成用户所要求的特定功能和服务，如：上网、在线处理、办公处理等，让计算机更加方便灵活。

3.处理机调度——进程管理

3.1进程调度

进程调度过程分为三个循环步骤：等待-->就绪-->执行

进程创建后，进入等待队列。当进程获得了除CPU以外的所有资源（如：外设操作完成、具有合作关系的某进程来了、对某资源访问本不能进行，现在可以了等）后，进入到就绪队列中。此时通过一定的算法调度进程，进程获得CPU资源后，转换为执行状态。当进程执行完成或时间片用完后，释放CPU，没有运行完的进程再次进入等待队列中，并将进程现在的执行状态记录在PCB块中。

3.2资源分配

CPU资源的合理分配主要是通过调度进程时的算法来完成的。经常用到的算法主要有四种：先来先服务调度算法、最短作业优先算法、响应比高者优先算法、优先级高者优先算法。

先来先服务：根据进程进入就绪队列的先后顺序来选择。它提高了平均作业周转时间，但若执行时间较短的进程来得晚，就不利于短进程的调度。

最短作业：从就绪队列中选择执行时间最短的进程执行。但如果不断的有进程进入就绪队列中，这可能使得执行时间长的进程永远得不到执行。

响应比高者：每次进行进程调度前，会计算每个进程的响应比，选择响应比最大的执行。由于这种算法每次调度前都要重新计算，所以它的开销比较大。

优先级高者：根据进程的优先级来调度，高优先级进程先执行。该算法又分为静态优先级和动态优先级。静态的优先级一直不变，算法实现简单，但效率低，调度性能不高；动态的优先级随时间推移而改变，系统要为此付出一定代价。