《計算機導(dǎo)論》課件-計算機導(dǎo)論第六章

第六章操作系統(tǒng)6.1操作系統(tǒng)概述6.2操作系統(tǒng)的功能6.3常用操作系統(tǒng)介紹

6.1操作系統(tǒng)概述6.1.1操作系統(tǒng)的目標和作用6.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展史

6.1操作系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)的硬件和軟件層次結(jié)構(gòu)，如圖6.1所示。操作系統(tǒng)是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件系統(tǒng)的首次擴充。操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)進行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序的集合。6.1操作系統(tǒng)概述6.1.1操作系統(tǒng)的目標和作用

1.操作系統(tǒng)的設(shè)計目標（1）有效性。（2）方便性。（3）可擴充性。（4）開放性。（5）安全性。2．操作系統(tǒng)的作用（1）操作系統(tǒng)作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口。（2）操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)資源的管理者。

（3）操作系統(tǒng)實現(xiàn)了對計算機資源的抽象。6.1操作系統(tǒng)概述3．推動操作系統(tǒng)發(fā)展的推動力推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力是需求，具體可歸結(jié)為以下四個方面：

（1）提高資源利用率的需求。

（2）方便用戶的需求。

（3）硬件的更新?lián)Q代。

（4）計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展。6.1.1操作系統(tǒng)的目標和作用6.1操作系統(tǒng)概述6.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展史

1.無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)（1）人工操作方式

從第一臺計算機誕生到20世紀50年代中期的計算機，屬于第一代計算機。

計算機操作是由用戶(即程序員)采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統(tǒng)，即由程序員將事先已穿孔(對應(yīng)于程序和數(shù)據(jù))的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(或卡片輸入機)，再啟動它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機，然后啟動計算機運行。當(dāng)程序運行完畢并取走計算結(jié)果之后，才讓下一個用戶上機。這種人工操作方式有以下兩方面的缺點：一是用戶獨占全機，即計算機及其全部資源只能由上機用戶獨占，二是CPU等待人工操作。當(dāng)用戶進行裝帶(卡)、卸帶(卡)等人工操作時，CPU及內(nèi)存等資源是空閑的。6.1操作系統(tǒng)概述6.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展史

1.無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)（2）脫機輸入/輸出方式這種脫機I/O方式的主要優(yōu)點如下：減少了CPU的空閑時間。提高了I/O速度。為了解決人機矛盾及CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，20世紀50年代末出現(xiàn)了脫機輸入/輸出((Off-LineI/O)技術(shù)。該技術(shù)是事先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(或卡片機)，在一臺外圍機的控制下，把紙帶(卡片)上的數(shù)據(jù)(程序)輸入到磁帶上。當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時，再從磁帶上將其高速地調(diào)入內(nèi)存。圖6.4表示的就是脫機輸入/輸出過程。6.1操作系統(tǒng)概述6.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展史

2.單道批處理系統(tǒng)

（1）單道批處理系統(tǒng)的處理過程

（2）單道批處理系統(tǒng)的特征自動性。在順利情況下，在磁帶上的一批作業(yè)能自動地逐個地依次運行，而無需人工干預(yù)。順序性。磁帶上的各道作業(yè)是順序地進入內(nèi)存，各道作業(yè)的完成順序與它們進入內(nèi)存的順序，在正常情況下應(yīng)完全相同，亦即先調(diào)入內(nèi)存的作業(yè)先完成。單道性。內(nèi)存中僅有一道程序運行，即監(jiān)督程序每次從磁帶上只調(diào)入一道程序進入內(nèi)存運行，當(dāng)該程序完成或發(fā)生異常情況時，才換入其后繼程序進入內(nèi)存運行。通常是把一批作業(yè)以脫機方式輸入到磁帶上，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)督程序(Monitor)，在它的控制下使這批作業(yè)能一個接一個地連續(xù)處理。由于系統(tǒng)對作業(yè)的處理都是成批地進行的，且在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，故稱此系統(tǒng)為單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchProcessingSystem)。6.1操作系統(tǒng)概述6.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展史

3.多道批處理系統(tǒng)（1）多道程序設(shè)計的基本概念

在該系統(tǒng)中，用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個隊列，稱為“后備隊列”；然后，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊列中選擇若干個作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。具體地說，在操作系統(tǒng)中引入多道程序設(shè)計技術(shù)可帶來以下好處：提高了CPU的利用率。提高了內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。增加了系統(tǒng)吞吐量。6.1操作系統(tǒng)概述（2）多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點資源利用率高。由于在內(nèi)存中駐留了多道程序，它們共享資源，可保持資源處于忙碌狀態(tài)，從而使各種資源得以充分利用。系統(tǒng)吞吐量大。系統(tǒng)吞吐量是指系統(tǒng)在單位時間內(nèi)所完成的總工作量。能提高系統(tǒng)吞吐量的主要原因可歸結(jié)為：第一，CPU和其它資源保持“忙碌”狀態(tài)；第二，僅當(dāng)作業(yè)完成時或運行不下去時才進行切換，系統(tǒng)開銷小。平均周轉(zhuǎn)時間長。作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間是指從作業(yè)進入系統(tǒng)開始，直至其完成并退出系統(tǒng)為止所經(jīng)歷的時間。在批處理系統(tǒng)中，由于作業(yè)要排隊，依次進行處理，因而作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間較長，通常需幾個小時，甚至幾天。無交互能力。用戶一旦把作業(yè)提交給系統(tǒng)后，直至作業(yè)完成，用戶都不能與自己的作業(yè)進行交互，這對修改和調(diào)試程序是極不方便的。

（3）多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題處理機管理問題。內(nèi)存管理問題。I/O設(shè)備管理問題。文件管理問題。作業(yè)管理問題。6.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展史6.1操作系統(tǒng)概述6.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展史4.分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)是指在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，同時允許多個用戶通過自己的終端，以交互方式使用計算機，共享主機中的資源。

（1）分時系統(tǒng)的產(chǎn)生分時系統(tǒng)被經(jīng)常應(yīng)用于查詢系統(tǒng)中，滿足許多查詢用戶的需要。用戶的需求具體表現(xiàn)在這幾個方面：人機交互、共享主機、便于用戶上機。（2）分時系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵問題及時接收及時處理。（3）分時系統(tǒng)的特征多路性。允許在一臺主機上同時聯(lián)接多臺聯(lián)機終端，系統(tǒng)按分時原則為每個用戶服務(wù)。獨立性。每個用戶各占一個終端，彼此獨立操作，互不干擾。及時性。用戶的請求能在很短的時間內(nèi)獲得響應(yīng)。交互性。用戶可通過終端與系統(tǒng)進行廣泛的人機對話。6.1操作系統(tǒng)概述6.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展史5.實時系統(tǒng)

所謂“實時”，是表示“及時”，而實時系統(tǒng)(RealTimeSystem)是指系統(tǒng)能及時(或即時)響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。（1）應(yīng)用需求

雖然多道批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)已能獲得較為令人滿意的資源利用率和響應(yīng)時間，從而使計算機的應(yīng)用范圍日益擴大，但它們?nèi)匀徊荒軡M足以下某些應(yīng)用領(lǐng)域的需要。實時控制。實時信息處理。（2）實時任務(wù)在實時系統(tǒng)中必然存在著若干個實時任務(wù)，這些任務(wù)通常與某些外部設(shè)備相關(guān)，能反應(yīng)或控制相應(yīng)的外部設(shè)備，因而帶有某種程度的緊迫性。可從不同的角度對實時任務(wù)加以分類。按任務(wù)執(zhí)行時是否呈現(xiàn)周期性來劃分，可分為周期性實時任務(wù)和非周期性實時任務(wù)。根據(jù)對截止時間的要求來劃分，可分為硬實時任務(wù)(HardReal-TimeTask)和軟實時任務(wù)(SoftReal-TimeTask)。6.1操作系統(tǒng)概述6.1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展史（3）實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較實時系統(tǒng)有著與分時系統(tǒng)相似但并不完全相同的特點，可從五個方面進行比較：多路性。實時信息處理系統(tǒng)也按分時原則為多個終端用戶服務(wù)。實時控制系統(tǒng)的多路性則主要表現(xiàn)在系統(tǒng)周期性地對多路現(xiàn)場信息進行采集，以及對多個對象或多個執(zhí)行機構(gòu)進行控制。而分時系統(tǒng)中的多路性則與用戶情況有關(guān)，時多時少。獨立性。實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)一樣具有獨立性。每個終端用戶在向?qū)崟r系統(tǒng)提出服務(wù)請求時，是彼此獨立的操作，互不干擾；而且在實時系統(tǒng)中信息的采集和對對象的控制也是彼此互不干擾的。及時性。實時信息處理系統(tǒng)對實時性的要求與分時系統(tǒng)類似，都是以人所能接受的等待時間來確定的；而實時控制系統(tǒng)的及時性，則是以控制對象所要求的開始截止時間或完成截止時間來確定的，一般為秒級到毫秒級，甚至有的要低于100微秒。交互性。實時信息處理系統(tǒng)雖然也具有交互性，但這里人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。它不像分時系統(tǒng)那樣能向終端用戶提供數(shù)據(jù)處理和資源共享等服務(wù)?？煽啃?。分時系統(tǒng)雖然也要求系統(tǒng)可靠，但相比之下，實時系統(tǒng)則要求系統(tǒng)具有高度的可靠性。因為任何差錯都可能帶來巨大的經(jīng)濟損失，甚至是無法預(yù)料的災(zāi)難性后果，所以在實時系統(tǒng)中，往往都采取了多級容錯措施來保障系統(tǒng)的安全性及數(shù)據(jù)的安全性。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.1處理機管理功能6.2.2存儲器管理功能6.2.3設(shè)備管理功能6.2.4文件管理功能6.2.5操作系統(tǒng)與用戶之間的接口

6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.1處理機管理功能

處理機管理的主要功能是創(chuàng)建和撤消進程(線程)，對多進程(線程)的運行進行協(xié)調(diào)，實現(xiàn)進程(線程)之間的信息交換，以及按照一定的算法把處理機分配給進程(線程)。1.進程控制進程控制的主要功能是為作業(yè)創(chuàng)建進程，撤消已結(jié)束的進程，以及控制進程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。進程執(zhí)行時的間斷性，決定了進程可能具有多種狀態(tài)，進程的運行情況如圖6.7所示。運行中的進程可能具有以下三種基本狀態(tài)。（1）就緒狀態(tài)（Ready）。進程已獲得除處理器外的所需資源，等待分配處理器資源；只要分配了處理器進程就可執(zhí)行。就緒進程可以按多個優(yōu)先級來劃分隊列。（2）運行狀態(tài)(Running)。進程占用處理器資源；處于此狀態(tài)的進程的數(shù)目小于等于處理器的數(shù)目。在沒有其他進程可以執(zhí)行時(如所有進程都在阻塞狀態(tài))，通常會自動執(zhí)行系統(tǒng)的空閑進程。（3）阻塞狀態(tài)(Blocked)。由于進程等待某種條件（如I/O操作或進程同步），在條件滿足之前無法繼續(xù)執(zhí)行。該事件發(fā)生前即使把處理器資源分配給該進程，也無法運行。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.1處理機管理功能

2.進程同步進程同步的主要任務(wù)是為多個進程(含線程)的運行進行協(xié)調(diào)。有兩種協(xié)調(diào)方式：進程互斥方式。多進程(線程)在對臨界資源進行訪問時，應(yīng)采用互斥方式，避免死鎖的產(chǎn)生，如圖6.8所示；進程同步方式。這是指在相互合作去完成共同任務(wù)的諸進程(線程)問，由同步機構(gòu)對它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.1處理機管理功能

3.進程通信

進程通信的任務(wù)就是用來實現(xiàn)在相互合作的進程之間的信息交換。根據(jù)交換信息量的多少和效率的高低，進程通信分為如下低級通信和高級通信。由于進程的互斥和同步，需要在進程間交換一定的信息，故不少學(xué)者將它們也歸為進程通信，即低級通信。低級通信的特點是傳送信息量小、效率低、每次通信傳遞的信息量固定，若傳遞較多信息則需要進行多次通信。高級通信可以提高信號通信的效率，傳遞大量數(shù)據(jù)，減輕程序編制的復(fù)雜度。高級通信有三種方式：共享內(nèi)存模式、消息傳遞模式和共享文件模式。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.1處理機管理功能

4.調(diào)度

在后備隊列上等待的每個作業(yè)都需經(jīng)過調(diào)度才能執(zhí)行。在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，包括作業(yè)調(diào)度和進程調(diào)度兩步。作業(yè)調(diào)度。作業(yè)調(diào)度的基本任務(wù)是從后備隊列中按照一定的算法，選擇出若干個作業(yè)，為它們分配運行所需的資源(首先是分配內(nèi)存)。在將它們調(diào)入內(nèi)存后，便分別為它們建立進程，使它們都成為可能獲得處理機的就緒進程，并按照一定的算法將它們插入就緒隊列。進程調(diào)度。進程調(diào)度的任務(wù)是從進程的就緒隊列中，按照一定的算法選出一個進程，把處理機分配給它，并為它設(shè)置運行現(xiàn)場，使進程投入執(zhí)行。值得提出的是，在多線程操作系統(tǒng)中，通常是把線程作為獨立運行和分配處理機的基本單位，為此，須把就緒線程排成一個隊列，每次調(diào)度時，是從就緒線程隊列中選出一個線程，把處理機分配給它。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.2存儲器管理功能

存儲器管理的主要任務(wù)是為多道程序的運行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲器，提高存儲器的利用率以及能從邏輯上擴充內(nèi)存。為此，存儲器管理應(yīng)具有內(nèi)存分配、內(nèi)存保護、地址映射和內(nèi)存擴充等功能。內(nèi)存分配

內(nèi)存分配的主要任務(wù)是為每道程序分配內(nèi)存空間，使它們“各得其所”；提高存儲器的利用

率，以減少不可用的內(nèi)存空間；允許正在運行的程序申請附加的內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)動態(tài)增長的需要。為了實現(xiàn)內(nèi)存分配，在內(nèi)存分配的機制中應(yīng)具有這樣的結(jié)構(gòu)和功能：內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。內(nèi)存分配功能。內(nèi)存回收功能。

操作系統(tǒng)在實現(xiàn)內(nèi)存分配時，可采取靜態(tài)分配和動態(tài)分配兩種方式。在靜態(tài)分配方式中，每個作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時確定的；在作業(yè)裝入后的整個運行期間，不允許該作業(yè)再申請新的內(nèi)存空間，也不允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動”。在動態(tài)分配方式中，每個作業(yè)所要求的基本內(nèi)空間也是在裝入時確定的，但允許作業(yè)在運行過程中繼續(xù)申請新的附加內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動態(tài)增長，也允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動”。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.2存儲器管理功能

2.內(nèi)存保護

內(nèi)存保護的主要任務(wù)是確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運行，彼此互不干擾；絕不允許用戶程序訪問操作系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)；也不允許用戶程序轉(zhuǎn)移到非共享的其它用戶程序中去執(zhí)行。

為了確保每道程序都只在自己的內(nèi)存區(qū)中運行，必須設(shè)置內(nèi)存保護機制。一種比較簡單的內(nèi)存保護機制是設(shè)置兩個界限寄存器，分別用于存放正在執(zhí)行程序的上界和下界。系統(tǒng)須對每條指令所要訪問的地址進行檢查，如果發(fā)生越界，便發(fā)出越界中斷請求，以停止該程序的執(zhí)行。如果這種檢查完全用軟件實現(xiàn)，則每執(zhí)行一條指令，便須增加若干條指令去進行越界檢查，這將顯著降低程序的運行速度。因此，越界檢查都由硬件實現(xiàn)。當(dāng)然，對發(fā)生越界后的處理，還須與軟件配合來完成。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.2存儲器管理功能

3.地址映射

一個應(yīng)用程序(源程序)經(jīng)編譯后，通常會形成若干個目標程序；這些目標程序再經(jīng)過鏈接便形成了可裝入程序。這些程序的地址都是從“0”開始的，程序中的其它地址都是相對于起始地址計算的。由這些地址所形成的地址范圍稱為“地址空間”，其中的地址稱為“邏輯地址”或“相對地址”。此外，由內(nèi)存中的一系列單元所限定的地址范圍稱為“內(nèi)存空間”，其中的地址稱為“物理地址”。在多道程序環(huán)境下，每道程序不可能都從“0”地址開始裝入內(nèi)存，這就導(dǎo)致地址空間內(nèi)的邏輯地址和內(nèi)存空間中的物理地址不一致。為使程序能正確運行，存儲器管理必須提供地址映射功能，以將地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間中與之對應(yīng)的物理地址。該功能同樣應(yīng)在硬件的支持下完成，如圖6.9所示。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.2存儲器管理功能

4.內(nèi)存擴充

存儲器管理中的內(nèi)存擴充任務(wù)并非是去擴大物理內(nèi)存的容量，而是借助于虛擬存儲技術(shù)，從邏輯上去擴充內(nèi)存容量，使用戶所感覺到的內(nèi)存容量比實際內(nèi)存容量大得多，以便讓更多的用戶程序并發(fā)運行。這樣，既滿足了用戶的需要，又改善了系統(tǒng)的性能。因此，只需增加少量的硬件。為了能在邏輯上擴充內(nèi)存，操作系統(tǒng)必須具有內(nèi)存擴充機制，用于實現(xiàn)下述的功能：請求調(diào)入功能。允許在裝入一部分用戶程序和數(shù)據(jù)的情況下，便能啟動該程序運行。在程序運行過程中，若發(fā)現(xiàn)要繼續(xù)運行時所需的程序和數(shù)據(jù)尚未裝入內(nèi)存，可向操作系統(tǒng)發(fā)出請求，由操作系統(tǒng)從磁盤中將所需部分調(diào)入內(nèi)存，以便繼續(xù)運行。置換功能。若發(fā)現(xiàn)在內(nèi)存中已無足夠的空間來裝入需要調(diào)入的程序和數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)應(yīng)能將內(nèi)存中的一部分暫時不用的程序和數(shù)據(jù)調(diào)至盤上，以騰出內(nèi)存空間，然后再將所需調(diào)入的部分裝入內(nèi)存。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.3設(shè)備管理功能

設(shè)備管理是指管理計算機系統(tǒng)中所有的外圍設(shè)備(圖6.10)，其目的是完成用戶進程提出的I/O請求，為用戶進程分配其所需的I/O設(shè)備，提高CPU和I/O設(shè)備的利用率，提高I/O速度，以及方便用戶使用I/O設(shè)備。為實現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理等功能。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.3設(shè)備管理功能

1.緩沖管理CPU運行的高速性和I/O低速性之間的矛盾自計算機誕生時起便已存在了。而隨著CPU速度迅速提高，使得此矛盾更為突出，嚴重的降低了CPU的利用率。如果在I/O設(shè)備和CPU之間引入緩沖，則可有效地緩和CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，提高CPU的利用率，進而提高系統(tǒng)吞吐量。因此，在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，都無一例外地在內(nèi)存中設(shè)置了緩沖區(qū)，而且還可通過增加緩沖區(qū)容量的方法來改善系統(tǒng)的性能。

對于不同的系統(tǒng)，可以采用不同的緩沖區(qū)機制。最常見的緩沖區(qū)機制有單緩沖機制、能實現(xiàn)雙向同時傳送數(shù)據(jù)的雙緩沖機制，以及能供多個設(shè)備同時使用的公用緩沖池機制。上述這些緩沖區(qū)都將由操作系統(tǒng)中的緩沖管理機制來管理。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.3設(shè)備管理功能

2.設(shè)備分配設(shè)備分配的基本任務(wù)是根據(jù)用戶進程的I/O請求、系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況以及按照某種設(shè)備的分配策略，為之分配其所需的設(shè)備。如果在I/O設(shè)備和CPU之間還存在著設(shè)備控制器和I/O通道時，還須為分配出去的設(shè)備分配相應(yīng)的控制器和通道。

為了實現(xiàn)設(shè)備分配，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置設(shè)備控制表、控制器控制表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄設(shè)備及控制器的標識符和狀態(tài)。根據(jù)這些表格可以了解指定設(shè)備當(dāng)前是否可用，是否忙碌，以供進行設(shè)備分配時參考。在進行設(shè)備分配時，應(yīng)針對不同的設(shè)備類型而采用不同的設(shè)備分配方式。對于獨占設(shè)備(臨界資源)的分配，還應(yīng)考慮到該設(shè)備被分配出去后系統(tǒng)是否安全。在設(shè)備使用完后，應(yīng)立即由系統(tǒng)回收。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.3設(shè)備管理功能

3.設(shè)備處理

設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動程序。其基本任務(wù)是用于實現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信，即由CPU向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，要求它完成指定的I/O操作；反之，由CPU接收從控制器發(fā)來的中斷請求，并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。

處理過程是：設(shè)備處理程序首先檢查I/O請求的合法性，了解設(shè)備狀態(tài)是否是空閑的，了解有關(guān)的傳遞參數(shù)及設(shè)置設(shè)備的工作方式。然后，便向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，啟動I/O設(shè)備去完成指定的I/O操作。設(shè)備驅(qū)動程序還應(yīng)能及時響應(yīng)由控制器發(fā)來的中斷請求，并根據(jù)該中斷請求的類型，調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進行處理。對于設(shè)置了通道的計算機系統(tǒng)，設(shè)備處理程序還應(yīng)能根據(jù)用戶的I/O請求，自動地構(gòu)成通道程序。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.4文件管理功能

文件管理的主要任務(wù)是對用戶文件和系統(tǒng)文件進行管理，以方便用戶使用，并保證文件的安全性。為此，文件管理應(yīng)具有對文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀/寫管理和文件保護等功能。1.文件存儲空間的管理

為了方便用戶的使用，對于一些當(dāng)前需要使用的系統(tǒng)文件和用戶文件，都必須放在可隨機存取的磁盤上。在多用戶環(huán)境下，若由用戶自己對文件的存儲進行管理，不僅非常困難，而且也必然是十分低效的。因而，需要由文件系統(tǒng)對諸多文件及文件的存儲空間實施統(tǒng)一的管理。其主要任務(wù)是為每個文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的存、取速度。

為此，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄文件存儲空間的使用情況，以供分配存儲空間時參考；系統(tǒng)還應(yīng)具有對存儲空間進行分配和回收的功能。為了提高存儲空間的利用率，對存儲空間的分配，通常是采用離散分配方式，以減少外存零頭，并以盤塊為基本分配單位。盤塊的大小通常為1~8KB。6.2操作系統(tǒng)的功能6.2.4文件管理功能

2.目錄管理

為了使用戶能方便地在外存上找到自己所需的文件，通常由系統(tǒng)為每個文件建立一個目錄項。目錄項包括文件名、文件屬性、文件在磁盤上的物理位置等。由若干個目錄項又可構(gòu)成一個目錄文件。目錄管理的主要任務(wù)是為每個文件建立其目錄項，并對眾多的目錄項加以有效的組織，以實現(xiàn)方便的按名存取，即用戶只須提供文件名便可對該文件進行存取。其次，目錄管理還應(yīng)能實現(xiàn)文件共享，這樣，只須在外存上保留一份該共享文件的副本。此外，還應(yīng)能提供快速的目錄查詢手段，以提高對文件的檢索速