1.1.3操作系统的目标和功能

　　1.1.3操作系统的目标和功能

　　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。

　　我们用一个直观的例子来理解这种情况。例如，用户是雇主，操作系统是工人(用来操作机器)，计算机是机器(由处理机、存储器、设备、文件几个部件构成)，工人有熟练的技能，能够控制和协调各个部件的工作，这就是操作系统对资源的管理;同时，工人必须接收雇主的命令， 这就是“接口”;有了工人，机器就能发挥更大的作用，因此工人就成了“扩充机器”。

　　1. 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。并发是指在计算机内同时运行多个进程，因此进程何时创建、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包括进程控制、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，方便用户使用及提高内存的利用率， 主要包括内存分配与回收、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、设备处理和虚拟设备等功能。

　　这些工作都由“工人”负责，“雇主”无须关注。

　　2. 操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口

　　为了让用户方便、快捷、可靠地操纵计算机硬件并运行自己的程序，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。用户每输入一条命令， 控制权就转给操作系统的命令解释程序，然后由命令解释程序解释并执行输入的命令，完成指定 的功能。之后，控制权转回控制台或终端，此时用户又可输入下一条命令。联机命令接口可以这 样理解：“雇主”说一句话，“工人”做一件事，并做出反馈，这就强调了交互性。

　　脱机命令接口又称批处理命令接口，适用于批处理系统，它由一组作业控制命令组成。脱机 用户不能直接干预作业的运行，而应事先用相应的作业控制命令写成一份作业操作说明书，连同作业一起提交给系统。系统调度到该作业时，由系统中的命令解释程序逐条解释执行作业说明书上的命令，从而间接地控制作业的运行。脱机命令接口可以这样理解：“雇主”把要“工人”做的事写在清单上，“工人”按照清单命令逐条完成这些事，这就是批处理。

　　(2) 程序接口

　　程序接口由一组系统调用(也称广义指令)组成。用户通过在程序中使用这些系统调用来请 求操作系统为其提供服务，如使用各种外部设备、申请分配和回收内存及其他各种要求。

　　当前最为流行的是图形用户界面(GUI),即图形接口。GUI最终是通过调用程序接口实现的， 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。严格来说， 图形接口不是操作系统的一部分，但图形接口所调用的系统调用命令是操作系统的一部分。

　　2. 操作系统实现了对计算机资源的扩充

　　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，其外面是操作系统。操作系 统所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;因此，我们通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机。

　　“工人”操作机器，机器就有更大的作用，于是“工人”便成了 “扩充机器”。

　　注意，本课程所关注的内容是操作系统如何控制和协调处理机、存储器、设备和文件，而不关注接口和扩充机器，后两者读者只需要有个印象，能理解即可。