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(shuō)明操作系統(tǒng)如何作為平臺(tái)構(gòu)建并運(yùn)行應(yīng)用程序。l用抽象層次來(lái)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(lái)。l列舉并簡(jiǎn)述現(xiàn)代操作系統(tǒng)所提供的主要服務(wù)。l說(shuō)明如何層次化構(gòu)造一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。l區(qū)分開(kāi)源操作系統(tǒng)和專(zhuān)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(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)則，提供了大量服務(wù)，并可用

2、作運(yùn)行和開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的平臺(tái)。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(gè)部件的連接/鏈接點(diǎn)。請(qǐng)注意，圖1-1中畫(huà)出了3個(gè)接口：用戶(hù)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(guò)操作系統(tǒng)來(lái)訪問(wèn)硬件。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(hù)的命令（啟動(dòng)程序、復(fù)制文件、生成目錄、打開(kāi)文件，以及保存文件等）。服務(wù)是一個(gè)用來(lái)支持其他程序運(yùn)行的軟件例程。例如，假設(shè)運(yùn)行一個(gè)文字處理程序來(lái)書(shū)寫(xiě)文檔。絕大部分時(shí)候，用戶(hù)直接同應(yīng)用程序打交道，但是，用戶(hù)偶爾也會(huì)發(fā)現(xiàn)，有必要執(zhí)行諸如保存文件一類(lèi)的輸入或輸出操作。這些任務(wù)盡管看起來(lái)簡(jiǎn)單，但實(shí)際復(fù)雜程度會(huì)令人迷惑不已。事實(shí)上，這些操作在所有應(yīng)用程序中都很常見(jiàn)，讓每個(gè)程序都單獨(dú)包含這些功能是非常不明智的。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的中心，由于所有應(yīng)用程序都需通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)訪問(wèn)

4、硬件，因而，操作系統(tǒng)是這類(lèi)常見(jiàn)共享系統(tǒng)服務(wù)的理想集散地。于是，當(dāng)用戶(hù)（通過(guò)用戶(hù)界面）告知應(yīng)用程序保存文件時(shí)，應(yīng)用程序會(huì)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(yùn)行。1.1.3平臺(tái)就硬件層面來(lái)看，不同廠家制造的計(jì)算機(jī)常常彼此互不兼容，這可能是因?yàn)樵诤椭苓吰骷约捌渌考ㄐ艜r(shí)，不同廠家制造的計(jì)算機(jī)會(huì)采用不同的規(guī)則。因此，為某個(gè)平臺(tái)編寫(xiě)的程序不能運(yùn)行在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手制造的機(jī)器上。但是，如果兩臺(tái)計(jì)算機(jī)支持同樣的操作系統(tǒng)，那么，在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)上可以運(yùn)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(jī)器上），但是，對(duì)運(yùn)行在兩種計(jì)算機(jī)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(gè)連貫一致的平臺(tái)，如圖1-2所示。圖1-2平臺(tái)因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)負(fù)責(zé)所有同硬件交互的工作，因此，程序設(shè)計(jì)人員可以忽略硬件間的差異，從而使軟件開(kāi)發(fā)商可以向大量不同品牌的計(jì)算機(jī)用戶(hù)推銷(xiāo)同一個(gè)程序。關(guān)于題外話的說(shuō)明在本書(shū)中，讀者會(huì)讀到大量同此注釋相類(lèi)似的題外話。這些題外話是對(duì)主干內(nèi)容的補(bǔ)充，包括歷史背景、小竅門(mén)、不同觀點(diǎn)、相關(guān)話題以及相似信息。希望讀者對(duì)這些題外話感興趣。

6、1.2抽象層次圖1-1中展示了用戶(hù)、應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)以及硬件這4個(gè)鏈接起來(lái)的層次。每一層都代表著一個(gè)抽象層次，一個(gè)濾去了內(nèi)部細(xì)節(jié)的對(duì)象的簡(jiǎn)化視圖（例如，汽車(chē)上的標(biāo)準(zhǔn)化控制儀表，使一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)可以實(shí)際上操作任何一臺(tái)汽車(chē)）。采用抽象化層次的好處在于，可以關(guān)注與每一層的細(xì)節(jié)，卻不會(huì)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(lái)自于一個(gè)古老的建筑學(xué)概念：分層。例如，假設(shè)一個(gè)大型零售商決定要修建一個(gè)新的超級(jí)市場(chǎng)，或者把新的超級(jí)市場(chǎng)修建在一個(gè)大型州際高速公路交叉口的旁邊，或者在一個(gè)更偏遠(yuǎn)的地方修建

7、新店，零售商很可能選擇前一個(gè)地點(diǎn)，因?yàn)橥滦薰罚袕祁櫩偷竭h(yuǎn)·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(huì)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(méi)有分層概念，新修建筑的成本會(huì)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(hù)、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(gè)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(dú)立的。兩個(gè)黑箱僅通過(guò)接口或鏈接點(diǎn)（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(biāo)準(zhǔn)，比如參數(shù)列表等。黑箱A按照這些規(guī)則，通過(guò)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(gè)抽象層次視為獨(dú)立的黑箱，這種觀念很有用，因?yàn)檫@樣允許一次只需處理一層。由于其他各層獨(dú)立于用戶(hù)，只要了解了應(yīng)用程序同用戶(hù)的接口，任何人都可訪問(wèn)系統(tǒng)。由于應(yīng)用程序?qū)邮仟?dú)立的，因此，程序的修改、升級(jí)和打補(bǔ)丁包過(guò)程對(duì)外界而言是透明的。因?yàn)?/p>