Operating System 简明教程

Components of Operating System

操作系统有各种组件来执行明确定义的任务。尽管大多数操作系统在结构上各不相同,但从逻辑上来说,它们具有类似的组件。每个组件都必须是系统的明确定义的部分,恰当地描述其功能、输入和输出。

操作系统有以下 8 个组件:

以下部分将更详细地说明上述所有组件:

Process Management

进程是加载到主存储器中的程序或程序的一部分。进程需要某些资源来完成任务,包括 CPU 时间、内存、文件和 I/O 设备。进程管理组件管理在操作系统上同时运行的多个进程。

对于进程管理,操作系统负责以下活动:

  1. 创建、加载、执行、暂停、恢复和终止进程。

  2. 在主内存中处理多个过程的系统切换。

  3. 提供通信机制,以便进程可以相互通信。

  4. 提供同步机制,以控制对共享数据的并发访问,以便保持共享数据的一致性。

  5. 适当地分配/取消分配资源,以防止或避免死锁。

I/O Device Management

操作系统的一个目的是向用户隐藏特定硬件设备的特有之处。I/O 设备管理提供了 H/W 设备的抽象级别,并向应用程序隐藏了详情,以确保正确使用设备,防止错误,并向用户提供方便高效的编程环境。

以下是 I/O 设备管理组件的任务:

  1. 隐藏 H/W 设备详情

  2. 使用高速缓存、缓冲区和假脱机为设备管理主内存

  3. 维护和为每个设备提供定制的驱动程序。

File Management

文件管理是操作系统最显着的服务之一。计算机可以使用几种不同的物理形式存储信息;磁带、磁盘和鼓是最常见的形式。

文件被定义为一组相关的信息,由文件创建者定义。文件通常表示数据、源和目标形式以及程序。数据文件可以是任何类型,如字母数字、数字和字母数字。

操作系统通过管理大容量存储设备,如磁带和磁盘,来实现文件的抽象概念。此外,文件通常被组织到目录中,以方便使用。这些目录可能包含文件和其他目录,以此类推。

操作系统负责与文件管理相关的以下活动:

  1. File creation and deletion

  2. Directory creation and deletion

  3. 支持用于处理文件和目录的基本操作

  4. 将文件映射到辅助存储器

  5. 在稳定(非易失性)存储介质上进行文件备份

Network Management

对于网络管理的定义通常较广泛,因为网络管理涉及多个不同的组件。网络管理是管理和管理计算机网络的过程。计算机网络是由相互连接的各种类型的计算机组成的集合。

网络管理包括故障分析、维护服务质量、提供网络和性能管理。

以下是网络管理的功能:

  1. Network administration

  2. Network maintenance

  3. Network operation

  4. Network provisioning

  5. Network security

Main Memory Management

内存是一个由大量单词或字节组成的数组,每一个单词或字节都有自己的地址。它是 CPU 和 I/O 设备之间共享的一个快速访问的数据存储库。

主内存是一种易失性存储设备,这意味着在系统发生故障或系统电源断电时,它会丢失其内容。

操作系统负责在内存管理方面执行以下活动:

  1. 跟踪哪些内存部分当前正在被谁使用。

  2. 在内存空间可用时决定加载哪些进程。

  3. 根据需要分配和释放内存空间。

Secondary Storage Management

计算机系统的主要目的是执行程序。这些程序及其访问的数据在执行期间必须驻留在主内存中。由于主内存太小,无法永久容纳所有数据和程序,因此计算机系统必须提供辅助存储来备份主内存。

大多数现代计算机系统使用磁盘作为程序和数据的在线主存储介质。大多数程序(如编译器、汇编器、排序程序、编辑器、格式化程序等)都存储在磁盘上,直到装入内存中,然后使用磁盘作为其处理的源和目标。

操作系统负责在磁盘管理方面执行以下活动:

  1. Free space management

  2. Storage allocation

Security Management

操作系统主要负责计算机系统中发生的所有任务和活动。操作系统中的各个进程必须受到彼此活动的影响。为了这个目的,各种机制可用于确保文件、内存段、cpu 和其他资源只能由获得操作系统适当授权的进程操作。

例如,内存寻址硬件可确保进程只能在其自己的地址空间内执行。定时器可确保没有进程可以在不放弃的情况下获得 CPU 的控制权。最后,不允许任何进程单独执行 I/O,以保护各种外围设备的完整性。

Command Interpreter System

操作系统最重要的组成部分之一是其命令解释器。命令解释器是用户和系统其余部分之间的主要接口。

命令解释器系统通过调用一个或多个底层系统程序或系统调用来执行用户命令。

许多命令都通过控制语句发送到操作系统。一个读取和解释控制语句的程序被自动执行。此程序称为 shell,一些示例是 Windows DOS 命令窗口、Unix/Linux 的 Bash 或 Unix/Linux 的 C-Shell。

Other Important Activities

操作系统是一个复杂的软件系统。除了上述组件和责任之外,操作系统还执行许多其他活动。其中一些列在下面:

  1. Security - 通过密码及其他类似的技术,防止对程序和数据的未经授权访问。

  2. Control over system performance - 记录了对服务请求和系统响应之间的延迟。

  3. Job accounting - 保持对各种作业和用户使用的资源和时间进行追踪。

  4. Error detecting aids - 生成转储、跟踪、错误消息和其他调试和错误检测辅助信息。

  5. Coordination between other softwares and users - 为计算机系统的各种用户协调和分配编译器、解释器、汇编器和其他软件。