4.1.3　操作系統的功能

操作系統的主要任務是控制、管理計算機的整個資源，這些資源包括CPU、存儲器、外圍設備和信息。由此，操作系統應具有處理機管理、存儲器管理、設備管理和文件管理等功能，同時，為了合理地組織計算機的工作流程和方便用戶使用計算機，還提供了作業管理的功能。

1.處理機管理

處理機管理主要是組織和協調用戶對處理機的爭奪使用，管理和控制用戶任務，以最大限度提高處理機的利用率。當多個用戶程序請求處理服務時，如果一個運行程序因等待某一條件（如等待輸入/輸出完成），而不能運行下去時，就要把處理機轉交給另一個可運行的程序，以便充分利用處理機的能力，或者出現了一個可運行的程序比當前正占有處理機的程序更重要時，則要從運行程序那里把處理機搶過來，以便合理地為所有用戶服務。

CPU是計算機中最重要的資源，沒有它，任何處理工作都不可能進行。在處理機管理中，人們最關心的是它的運行時間。現代的計算機，CPU的速度越來越快，每秒可運行幾百萬、幾千萬，甚至幾億、幾十億條指令，因此它的時間相當寶貴。處理機管理就是提出調度策略和給出調度算法，使每個用戶都能滿意，同時又能充分地利用CPU。

2.存儲器管理

存儲器管理是指操作系統對內存的管理。在多道程序環境下，允許內存中可同時運行多個程序，就必須提高內存的使用效率。存儲器管理主要有以下幾個功能：

①存儲分配與回收：按分配策略和分配算法分配內存空間。

②地址變換：將程序在外存中的邏輯地址轉換為在內存空間中的物理地址。

③存儲保護：保護各類程序（系統、用戶、應用程序）及數據區免遭破壞。

④內存擴充：解決小的內存空間中運行大程序的問題，即虛擬存儲問題。

存儲器管理是用戶與內存的接口。

3.設備管理

設備管理主要是管理各類外圍設備，包括分配、啟動和故障處理等，合理地控制I/O的操作過程，最大程度地實現CPU與設備，設備與設備之間的并行工作。

這里的設備是指除CPU和內存以外的各種設備，如磁盤、磁帶、打印機、終端等。它們的種類繁多，物理性能各不相同，并且經常發展變化。一般用戶很難直接使用。操作系統的設備管理是用戶與外設的接口，用戶只需通過一定的命令來使用某個設備，并在多道程序環境下提高設備的利用率。

4.文件管理

計算機系統中存儲的所有信息都是以文件的形式來組織的，因此，文件管理也稱信息管理，主要負責文件信息的存取和管理，它的任務是把存儲、檢索、共享和保護文件的手段，提供給操作系統本身和用戶，以達到方便用戶和提高資源利用率的目的。文件管理的功能包括分配與管理外存、實現按名存取；提供合適的存儲方法；文件共享、保護，解決命名沖突，控制存取權限。

在文件管理系統的管理下，用戶可以按照文件名訪問文件，文件管理為用戶提供了一個簡單、統一訪問文件的方法。

現代文件系統中多采用樹形目錄結構對文件進行組織和管理。文件系統的目錄結構的作用與圖書中目錄的作用完全相同，實現快速檢索。在文件的多級目錄結構中，用戶訪問某個文件時要使用該文件的路徑名來標記文件。文件的路徑名又分為絕對路徑和相對路徑；絕對路徑是指從根目錄出發到指定文件所在位置的目錄名序列；相對路徑是從當前目錄出發到指定文件位置的目錄名序列。

5.作業管理

作業管理是用戶與操作系統的接口。它負責對作業的執行情況進行系統管理，包括作業的組織、作業的輸入/輸出、作業調度和作業控制等。

作業包括程序、數據以及解題的控制步驟。一個計算問題是一個作業，一個文檔的打印也是一個作業。作業管理提供“作業控制語言”，用戶通過它來書寫控制作業執行的說明書。同時，還為操作員和終端用戶提供與系統對話的“命令語言”，使用它來請求系統服務。操作系統按操作說明書的要求或收到的命令控制用戶作業的執行。