操作系统笔记4-导论(四)

4. 操作系统的结构

操作系统为执行程序提供环境，它可以通过不同的方式来构建，因此内部组织差异很大。不过，也有许多共同点，如下讨论。

操作系统最重要的一点是多道程序能力。多道程序能力是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在操作系统控制之下，相互穿插的运行 (系统由一个程序转而运行另一个程序时需要使用中断机制中断正在运行的程序) 。

一般来说，单个程序并不能让CPU和I/O设备始终忙碌，而单个用户也通常具有多个运行程序。因此多道程序设计通过安排作业使得CPU总有一个执行作业，从而提供CPU利用率。

操作系统在内存中保存有多个作业，通常内存无法保存下所有的作业，这时所有这些作业首先保存在磁盘的作业池中。该作业池包括磁盘上的、等待分配内存的所有进程。

内存的作业集是作业池的一个子集。从内存的作业集中，操作系统可以选择并执行一个作业。当改作业运行到需要等待某项任务完成时(比如：I/O操作),这时多道程序系统的CPU就可以切换到到另一个作业执行，从而避免CPU的空闲，提供CPU的利用率。

多道程序系统提供了一个环境，以便充分利用各种系统资源，但是没有提供用户和计算机系统的交互。因此，自然就有了分时系统或者叫多任务系统。对于分时系统，CPU还是通过切换作业来执行多个作业，但是切换频率很高，用户可以再程序运行时与其进行交互。

分时系统要求计算机系统是可交互的，以便用户与系统直接通信。用户通过输入设备，比如：键盘、鼠标、触摸板、触摸屏等向操作系统或程序发出指令，并等待输出设备的即时响应结果。因此，这个相应时间应当较短。

分时操作系统允许多用户同时共享一台计算机，采用CPU调度和多道程序设计，为每个用户提供一小部分的分时计算资源。每个用户至少有一个程序在内存中，加载到内存 并执行的程序称为进程。

分时系统需要在内存中保存多个作业。若有多个作业可以加载到内存，同时内存大小不足以容纳所有作业，那么操作系统就需要做出选择，称之为作业调度(job scheduling)。而内存中同时保存多个作业，就需要一定的方式为每个作业分配内存空间，这称之为内存管理(memory management)。另外，若有多个任务同时等待执行，操作系统也需要做出选择，称之为CPU调度(CPU scheduling)。