2021年2021年度操作系统功能讲义.ppt

总述
在多道程序环境下，系统通常无法同时满足所有作业的资源要求，为使多道程序能有条不紊地运行，操作系统应具有这样几方面的功能，以实现对资源的管理：处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能、文件管理功能和作业管理功能。此外，为了方便用户使用操作系统，还须向用户提供一个使用方便的用户接口。
用户接口
（命令接口，程序接口，图形用户接口）
对对象操纵和管理的软件集合
（处理机管理软件、存储器管理软件、设备管理软件、文件管理软件）
操作系统对象
（处理机、存储器、设备、文件和作业）
核心
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操作系统功能
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存储器管理的功能
存储器管理的主要任务，是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率，以及能从逻辑上来扩充内存。为此，存储器管理应具有以下功能：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充等。
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操作系统功能
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存储器管理的功能
一、内存分配
内存分配的主要任务，是为每道程序分配内存空间，使它们“各得其所”，提高存储器的利用率，以减少不可用的内存空间，允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。
OS在实现内存分配时，可采取以下两种方式：
：每个作业的内存空间是在作业装入时确定的。
：每个作业所要求的基本内存空间，是在装入时确定的，但允许作业在运行过程中，继续申请新的附加内存空间，以适应程序和数据的动态增长，也允许作业在内存中的“移动”。
为了实现内存分配，在内存分配的机制中应具有以下结构和功能：
：该结构用于记录内存空间的使用情况，作为内存分配的依据。
：系统按照一定的内存分配算法为用户程序分配内存空间。
：系统对用户不再需要的内存，通过用户的释放请求，去完成系统的回收功能。
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操作系统功能
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存储器管理的功能
二、内存保护
内存保护的主要任务，是确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行，互不干扰。进一步说，绝不允许用户程序访问操作系统的程序和数据；也不允许转移到非共享的其它用户程序中去执行。
一种比较简单的内存保护机制，是设置两个界限寄存器，分别用于存放正在执行程序的上界和下界。系统需要对每条指令所访问的地址进行越界检查，发果发生越界，便发出越界中断请求，以停止该程序的执行。如果这种检查完全用软件实现，则每执行一条指令，便需要增加若干条指令去进行越界检查，这将显著地降低程序的运行速度。因此，越界检查都由硬件实现。当然，对发生越界后的处理，还须与软件配合来完成。
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操作系统功能
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存储器管理的功能
三、地址映射
一个应用程序（源程序）经编译后，通常会形成若干个目标程序；这些目标程序再经过链接而形成可装入程序。这些程序的地址都是从“0”开始的，程序中的其它地址都是相对于起始地址计算的；由这些地址所形成的地址范围称为“地址空间”；其中的地址称为“逻辑地址”或“相对地址”。此外，由内存中的一系列单元所限定的地址范围称为“内存空间”；其中的地址称为“物理地址”。
在多道程序环境下，地址空间中的逻辑地址和内存空间中的物理地址是不可能一致的。因此，存储器管理必须提供地址映射功能，以将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与这对应的物理地址。该功能同样应在硬件的支持下完成。
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操作系统功能
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存储器管理的功能
四、内存扩充
由于物理内存的容量有限，因而难于满足用户的需要，势必影响到系统的性能。在存储器管理中的内在扩充任务，并非是去增加物理内存的容量，而是借助于虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存容量，使用户所感觉到的内存容量比实际内存容量大得多。
为了能从逻辑上扩充内存，系统必须具有内存扩充机制，用于实现下述功能：
。允许在仅装入一部分用户程序和数据的情况下，启动该程序运行。在运行过程中当发现继续运行时所需的程序和数据尚未装入内存时，可向OS发出请求，由OS将所需部分调入内存，以便继续运行。
。若内存中已无足够的空间来装入需要调入的部分时，系统应能将内存中的一部分暂时不用的程序和数据调至磁盘上，以便腾出内存空间，然后再将所需部分调入内存。
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操作系统功能
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处理机管理的功能
处理机管理的主要任务，是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为基本单位，因而对处理机的管理可归结为进程的管理。它包括以下几个方面：
（一）进程控制
（二）进程同步
（三）进程通信
（四）调度
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操作系统功能