1.1.3操作系統的目標和功能

　　為了給多道程序提供良好的運行環境，操作系統應具有以下幾方面的功能：處理機管理、存儲器管理、設備管理和文件管理。為了方便用戶使用操作系統，還必須向用戶提供接口。同時， 操作系統可用來擴充機器，以提供更方便的服務、更高的資源利用率。

　　我們用一個直觀的例子來理解這種情況。例如，用戶是雇主，操作系統是工人(用來操作機器)，計算機是機器(由處理機、存儲器、設備、文件幾個部件構成)，工人有熟練的技能，能夠控制和協調各個部件的工作，這就是操作系統對資源的管理;同時，工人必須接收雇主的命令， 這就是“接口”;有了工人，機器就能發揮更大的作用，因此工人就成了“擴充機器”。

　　1. 操作系統作為計算機系統資源的管理者

　　(1) 處理機管理

　　在多道程序環境下，處理機的分配和運行都以進程(或線程)為基本單位，因而對處理機的管理可歸結為對進程的管理。并發是指在計算機內同時運行多個進程，因此進程何時創建、何時撤銷、如何管理、如何避免沖突、合理共享就是進程管理的最主要的任務。進程管理的主要功能包括進程控制、進程同步、進程通信、死鎖處理、處理機調度等。

　　(2) 存儲器管理

　　存儲器管理是為了給多道程序的運行提供良好的環境，方便用戶使用及提高內存的利用率， 主要包括內存分配與回收、地址映射、內存保護與共享和內存擴充等功能。

　　(3) 文件管理

　　計算機中的信息都是以文件的形式存在的，操作系統中負責文件管理的部分稱為文件系統。文件管理包括文件存儲空間的管理、目錄管理及文件讀寫管理和保護等。

　　(4) 設備管理

　　設備管理的主要任務是完成用戶的I/O請求，方便用戶使用各種設備，并提高設備的利用率, 主要包括緩沖管理、設備分配、設備處理和虛擬設備等功能。

　　這些工作都由“工人”負責，“雇主”無須關注。

　　2. 操作系統作為用戶與計算機硬件系統之間的接口

　　為了讓用戶方便、快捷、可靠地操縱計算機硬件并運行自己的程序，操作系統還提供了用戶 接口。操作系統提供的接口主要分為兩類：一類是命令接口，用戶利用這些操作命令來組織和控 制作業的執行;另一類是程序接口，編程人員可以使用它們來請求操作系統服務。

　　(1) 命令接口

　　使用命令接口進行作業控制的主要方式有兩種，即聯機控制方式和脫機控制方式。按作業控 制方式的不同，可將命令接口分為聯機命令接口和脫機命令接口。

　　聯機命令接口又稱交互式命令接口，適用于分時或實時系統的接口。它由一組鍵盤操作命令組成。用戶通過控制臺或終端輸入操作命令，向系統提出各種服務要求。用戶每輸入一條命令， 控制權就轉給操作系統的命令解釋程序，然后由命令解釋程序解釋并執行輸入的命令，完成指定 的功能。之后，控制權轉回控制臺或終端，此時用戶又可輸入下一條命令。聯機命令接口可以這 樣理解：“雇主”說一句話，“工人”做一件事，并做出反饋，這就強調了交互性。

　　脫機命令接口又稱批處理命令接口，適用于批處理系統，它由一組作業控制命令組成。脫機 用戶不能直接干預作業的運行，而應事先用相應的作業控制命令寫成一份作業操作說明書，連同作業一起提交給系統。系統調度到該作業時，由系統中的命令解釋程序逐條解釋執行作業說明書上的命令，從而間接地控制作業的運行。脫機命令接口可以這樣理解：“雇主”把要“工人”做的事寫在清單上，“工人”按照清單命令逐條完成這些事，這就是批處理。

　　(2) 程序接口

　　程序接口由一組系統調用(也稱廣義指令)組成。用戶通過在程序中使用這些系統調用來請 求操作系統為其提供服務，如使用各種外部設備、申請分配和回收內存及其他各種要求。

　　當前最為流行的是圖形用戶界面(GUI),即圖形接口。GUI最終是通過調用程序接口實現的， 用戶通過鼠標和鍵盤在圖形界面上單擊或使用快捷鍵，就能很方便地使用操作系統。嚴格來說， 圖形接口不是操作系統的一部分，但圖形接口所調用的系統調用命令是操作系統的一部分。

　　2. 操作系統實現了對計算機資源的擴充

　　沒有任何軟件支持的計算機稱為裸機，它僅構成計算機系統的物質基礎，而實際呈現在用戶 面前的計算機系統是經過若干層軟件改造的計算機。裸機在最里層，其外面是操作系統。操作系 統所提供的資源管理功能和方便用戶的各種服務功能，將裸機改造成功能更強、使用更方便的機 器;因此，我們通常把覆蓋了軟件的機器稱為擴充機器或虛擬機。

　　“工人”操作機器，機器就有更大的作用，于是“工人”便成了 “擴充機器”。

　　注意，本課程所關注的內容是操作系統如何控制和協調處理機、存儲器、設備和文件，而不關注接口和擴充機器，后兩者讀者只需要有個印象，能理解即可。