计算机基础 - 操作系统的功能

简述

如您所知，操作系统负责计算机系统的运行。为此，它执行这三大类活动 -

让我们看一下与这些活动相关的一些最重要的功能。

管理计算机的 CPU 以确保其最佳利用率称为处理器管理。管理处理器基本上涉及将处理器时间分配给需要完成的任务。这称为作业计划。作业的调度方式必须：

操作系统完成作业调度有两种方法 −

在这种类型的调度中，处理器要完成的下一个作业可以在当前作业完成之前进行调度。如果出现优先级较高的作业，可以强制处理器释放当前作业并接手下一个作业。有两种调度技术使用先发制人的调度 −

轮循机制调度 − 定义了一个称为时间片的小型时间单位，每个程序一次只获得一个时间片。如果在此期间未完成，则必须在最后加入作业队列，并等待所有程序获得一个时间段。这里的优点是所有项目都获得平等的机会。缺点是，如果程序在时间片结束之前完成执行，则 CPU 在剩余的持续时间内处于空闲状态。
响应比率调度 − 响应比率定义为

$$\frac{Elapsed \: Time}{Execution \: time \: received}$$

响应时间较短的作业将获得更高的优先级。因此，即使比较短的程序更早请求较大的程序，也可能需要等待。这可以提高 CPU 的吞吐量。

在这种类型的计划中，作业计划决策仅在当前作业完成后执行。作业永远不会中断，以优先处理优先级较高的作业。使用非抢占式调度的调度技术是 −

调节计算机内存和使用优化技术来增强整体系统性能的过程称为内存管理。内存空间在现代计算环境中非常重要，因此内存管理是操作系统的重要作用。

如您所知，计算机有两种类型的内存 - 主内存和辅助内存。主内存速度快但成本高昂，辅助内存速度便宜但速度较慢。操作系统必须在两者之间取得平衡，以确保系统性能不会因主内存非常少而受到影响，或者系统成本不会因主内存过多而飙升。

输入和输出数据、用户指令以及程序执行期间的数据需要有效地存储、访问和检索，以实现高系统性能。接受程序请求后，操作系统会根据需要为其分配主存储区域和辅助存储区域。执行完成后，将释放分配给它的内存空间。OS 使用许多存储管理技术来跟踪已分配或可用的所有存储空间。

这是最简单的存储空间分配技术，其中连续的内存位置分配给每个程序。操作系统必须在分配之前估计整个进程所需的内存量。

顾名思义，程序和相关数据不需要存储在连续的位置。该程序被划分为较小的组件，每个组件都存储在单独的位置。表保留程序每个组件的存储位置的记录。当处理器需要访问任何组件时，OS 使用此分配表提供访问权限。

在现实情况下，主内存空间可能不足以存储整个程序。在这种情况下，操作系统需要虚拟存储技术的帮助，其中程序物理存储在辅助内存中，但似乎存储在主内存中。这在访问程序组件时引入了最小的时间滞后。虚拟存储有两种方法 -

程序分页 − 程序被分解为固定大小的页并存储在辅助存储器中。为页面提供从 0 到 n 的逻辑地址或虚拟地址。页表将逻辑地址映射到物理地址，物理地址用于在需要时检索页。
程序分段 − 程序被分解成称为段的逻辑单元，分配从0到n的逻辑地址并存储在辅助存储器中。段表用于将段从辅助内存加载到主内存。

操作系统通常使用页面和程序分段的组合来优化内存使用。大型程序段可以分解为多个页面，也可以将多个小段存储为单个页面。

数据和信息以文件的形式存储在计算机上。管理文件系统以使用户能够安全正确地保存其数据是操作系统的一项重要功能。通过操作系统管理文件系统称为文件管理。需要文件管理才能为这些文件相关活动提供工具 -

通过操作系统实现，操作和维护设备的过程称为设备管理。操作系统使用称为设备驱动程序的实用程序软件作为设备的接口。

当许多进程访问设备或请求访问设备时，操作系统会以一种在所有进程之间有效共享设备的方式管理设备。通过系统调用接口（操作系统提供的编程接口）处理访问设备。