操作系统工作原理

文章摘要：如果有多个特定类型的计算机使用操作系统，或者要更换计算机硬件时，第二项任务（即提供兼容的应用程序接口）就变得格外重要。一致的应用程序接口（API）使软件开发人员在一台计算机上编写应用程序时，有信心保证此应用程序可以在另一台同一类型的计算机上运行，尽管两台计算机的内存容量或存储器数量各不相同。 即使某种特殊计算机是唯一的，操作系统也可以确保在硬件升级和更新时应用程序得以正常运行。这是因为，操作系统（而不是应用程序）负责管理硬件和分配其资源。开发人员面临的挑战之一是要保证他们的操作系统具有足够的灵活性，从而可以在成千上万的计算机设备供应商所提供的硬件上运行。因为当今的系统可以配置成千上万种不同种类

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如果有多个特定类型的计算机使用操作系统，或者要更换计算机硬件时，第二项任务（即提供兼容的应用程序接口）就变得格外重要。一致的应用程序接口（API）使软件开发人员在一台计算机上编写应用程序时，有信心保证此应用程序可以在另一台同一类型的计算机上运行，尽管两台计算机的内存容量或存储器数量各不相同。

即使某种特殊计算机是唯一的，操作系统也可以确保在硬件升级和更新时应用程序得以正常运行。这是因为，操作系统（而不是应用程序）负责管理硬件和分配其资源。开发人员面临的挑战之一是要保证他们的操作系统具有足够的灵活性，从而可以在成千上万的计算机设备供应商所提供的硬件上运行。因为当今的系统可以配置成千上万种不同种类的打印机、磁盘驱动器以及任何可能组合的特殊外设。

操作系统的种类

操作系统拥有广泛的系列，根据它们所控制的计算机类型和所支持应用程序的类型，大致可分为四类。这些广泛的分类包括：

• 实时操作系统（RTOS）——实时操作系统用于控制机械设备、科学仪器以及工业系统。由于RTOS在交付使用时采用的是“全封闭”形式，因此在通常情况下，该系统几乎没有什么用户界面功能，也没有最终用户实用程序。RTOS的一个重要作用是管理计算机资源，从而在每次执行某种特定的操作时，都严格使用相同的时间。在一台复杂的机器中，由于其具备可用系统资源而使机器的某一部分以更快的速度运行，这将与因系统繁忙而无法运行一样具有相同的灾难性。
  
• 单用户，单任务——顾名思义，该操作系统设计用于管理计算机，使单个用户每次只能高效地执行一个操作。用于掌上电脑的Palm OS是现代单用户、单任务操作系统的一个良好示例。

• 单用户，多任务——这就是目前多数用户在他们的台式计算机或笔记本电脑中使用的操作系统类型。微软公司的Windows操作系统和苹果公司的MacOS操作系统平台均为一个用户可以同时运行多个程序的操作系统的范例。例如，一个Windows用户一边在文字处理软件上撰写日记，一边从互联网下载文件，同时还在打印一封电子邮件消息的文本，这是完全可能的。

• 多用户——多用户操作系统允许多个不同用户同时使用计算机的资源。操作系统必须确保均衡地满足各个用户的要求，他们使用的各个程序都具有足够且独立的资源，从而使一个用户的问题不会影响到整个用户群。Unix、VMS和大型机操作系统（如 MVS）是多用户操作系统的范例。

Mac OS X Panther操作系统屏幕截图

区分多用户操作系统和支持网络的单用户操作系统很重要。Windows 2000和Novell Netware均可以支持成千上万的网络用户，但操作系统本身并不是真正的多用户操作系统。系统管理员是Windows 2000或Netware的唯一“用户”。从操作系统的整体计划来看，网络支持和所有远程用户均可登录到网络，这些都属于由管理员用户运行的程序。

在了解了各种不同类型的操作系统后，现在我们将进一步介绍操作系统所提供的基本功能。

操作系统的任务

打开计算机的电源时，通常运行的第一个程序是保存在计算机只读存储器（ROM）中的一组指令。此代码检验系统硬件，从而确保一切运行正常。上电自检（POST）将检测CPU、内存和基本输入输出系统（BIOS) 是否存在错误并将结果存储在某个特殊的内存位置。一旦成功完成POST，载入ROM的软件（有时则称为BIOS或固件）将开始激活计算机的磁盘驱动器。在大多数现代计算机中，当计算机激活硬盘驱动器时，该计算机将运行第一个操作系统：引导装入程序。

这种引导装入程序是具有单一功能的小程序：它将操作系统载入到内存并使之开始运行。引导装入程序通过最基本的形式设置与之交互的小驱动程序，并控制计算机的各个硬件子系统。它设置存放操作系统、用户信息及应用程序的内存分区，也建立装有大量信号、标记和信号量（用于在子系统和计算机应用程序内部及之间通信）的数据结构，然后再将其对计算机的控制转移给操作系统。

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