第1章何謂操作系統(tǒng)

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1、第1章何謂操作系統(tǒng)第1章何謂操作系統(tǒng)學(xué)完本章后，讀者應(yīng)該能夠做到：l給出操作系統(tǒng)的定義。l定位操作系統(tǒng)的接口功能。l給出服務(wù)的定義。l說明操作系統(tǒng)如何作為平臺構(gòu)建并運行應(yīng)用程序。l用抽象層次來描述操作系統(tǒng)的環(huán)境。l把黑箱概念和層次概念關(guān)聯(lián)起來。l列舉并簡述現(xiàn)代操作系統(tǒng)所提供的主要服務(wù)。l說明如何層次化構(gòu)造一個復(fù)雜系統(tǒng)。l區(qū)分開源操作系統(tǒng)和專屬操作系統(tǒng)。1.1操作系統(tǒng)的基本功能操作系統(tǒng)是位于應(yīng)用程序和硬件之間的一套系統(tǒng)軟件例程（如圖1-1所示）。操作系統(tǒng)定義了一套標準的接口規(guī)則，提供了大量服務(wù)，并可用

2、作運行和開發(fā)應(yīng)用程序的平臺。圖1-1操作系統(tǒng)位于應(yīng)用程序和硬件之間1.1.1接口功能接口是兩個部件的連接/鏈接點。請注意，圖1-1中畫出了3個接口：用戶同應(yīng)用程序的通信接口，應(yīng)用程序同操作系統(tǒng)的通信接口，操作系統(tǒng)同硬件的通信接口。操作系統(tǒng)中集成了可以支持應(yīng)用程序接口和硬件接口的邏輯功能。所有的應(yīng)用程序遵循操作系統(tǒng)制定的規(guī)則，通過操作系統(tǒng)來訪問硬件。如果沒有適當?shù)牟僮飨到y(tǒng)，現(xiàn)代計算機是不能工作的。1.1.2服務(wù)可以把操作系統(tǒng)的內(nèi)部例程看作是單一功能的小型程序，這些程序完成關(guān)鍵的支撐服務(wù)·7·第1章何謂

3、操作系統(tǒng)，比如同周邊器件通信，接收并執(zhí)行用戶的命令（啟動程序、復(fù)制文件、生成目錄、打開文件，以及保存文件等）。服務(wù)是一個用來支持其他程序運行的軟件例程。例如，假設(shè)運行一個文字處理程序來書寫文檔。絕大部分時候，用戶直接同應(yīng)用程序打交道，但是，用戶偶爾也會發(fā)現(xiàn)，有必要執(zhí)行諸如保存文件一類的輸入或輸出操作。這些任務(wù)盡管看起來簡單，但實際復(fù)雜程度會令人迷惑不已。事實上，這些操作在所有應(yīng)用程序中都很常見，讓每個程序都單獨包含這些功能是非常不明智的。操作系統(tǒng)是計算機的中心，由于所有應(yīng)用程序都需通過操作系統(tǒng)來訪問

4、硬件，因而，操作系統(tǒng)是這類常見共享系統(tǒng)服務(wù)的理想集散地。于是，當用戶（通過用戶界面）告知應(yīng)用程序保存文件時，應(yīng)用程序會調(diào)用操作系統(tǒng)的文件保存例程，服務(wù)完成后，應(yīng)用程序繼續(xù)運行。1.1.3平臺就硬件層面來看，不同廠家制造的計算機常常彼此互不兼容，這可能是因為在和周邊器件以及其他部件通信時，不同廠家制造的計算機會采用不同的規(guī)則。因此，為某個平臺編寫的程序不能運行在競爭對手制造的機器上。但是，如果兩臺計算機支持同樣的操作系統(tǒng)，那么，在兩臺計算機上可以運行同樣的應(yīng)用軟件程序。由于不同品牌意味著不同的硬件，那

5、些直接同硬件通信的操作系統(tǒng)例程可能存在很大的不同（在不同品牌機器上），但是，對運行在兩種計算機上的應(yīng)用程序而言，操作系統(tǒng)同應(yīng)用程序的接口卻是一個連貫一致的平臺，如圖1-2所示。圖1-2平臺因為操作系統(tǒng)負責(zé)所有同硬件交互的工作，因此，程序設(shè)計人員可以忽略硬件間的差異，從而使軟件開發(fā)商可以向大量不同品牌的計算機用戶推銷同一個程序。關(guān)于題外話的說明在本書中，讀者會讀到大量同此注釋相類似的題外話。這些題外話是對主干內(nèi)容的補充，包括歷史背景、小竅門、不同觀點、相關(guān)話題以及相似信息。希望讀者對這些題外話感興趣。

6、1.2抽象層次圖1-1中展示了用戶、應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)以及硬件這4個鏈接起來的層次。每一層都代表著一個抽象層次，一個濾去了內(nèi)部細節(jié)的對象的簡化視圖（例如，汽車上的標準化控制儀表，使一個有經(jīng)驗的司機可以實際上操作任何一臺汽車）。采用抽象化層次的好處在于，可以關(guān)注與每一層的細節(jié)，卻不會忽略掉其他層次。把系統(tǒng)看作是抽象層次的集合，這種觀念來自于一個古老的建筑學(xué)概念：分層。例如，假設(shè)一個大型零售商決定要修建一個新的超級市場，或者把新的超級市場修建在一個大型州際高速公路交叉口的旁邊，或者在一個更偏遠的地方修建

7、新店，零售商很可能選擇前一個地點，因為同新修公路，招徠顧客到遠·7·第1章何謂操作系統(tǒng)郊店址相比，利用現(xiàn)存的交通設(shè)施（州際高速公路）要便宜得多。再如建筑方面的例子，與其修建新的發(fā)電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供水排污設(shè)施系統(tǒng)，承建合同商幾乎肯定會采用本地建筑業(yè)的成文法則，利用現(xiàn)存的發(fā)電、通信、供水排污方面的設(shè)施。如果沒有分層概念，新修建筑的成本會高得嚇人。1.2.1黑箱可以方便地把操作系統(tǒng)所處環(huán)境看成是一組抽象化層次，如圖1-1所示的用戶、應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)和硬件層，都可以看作是黑箱（如圖1-3所示）。每個黑箱

8、的內(nèi)容不為其他箱子所知，因而，每層在功能上是獨立的。兩個黑箱僅通過接口或鏈接點（如圖1-4所示）相互通信。通常而言，系統(tǒng)給接口定義了一套規(guī)則或標準，比如參數(shù)列表等。黑箱A按照這些規(guī)則，通過接口發(fā)送內(nèi)容，黑箱B按照這些規(guī)則從接口接收信息。把各個抽象層次視為獨立的黑箱，這種觀念很有用，因為這樣允許一次只需處理一層。由于其他各層獨立于用戶，只要了解了應(yīng)用程序同用戶的接口，任何人都可訪問系統(tǒng)。由于應(yīng)用程序?qū)邮仟毩⒌?，因此，程序的修改、升級和打補丁包過程對外界而言是透明的。因為