第一章：计算机的软硬件基本结构_4

2024-04-08 01:58:01

第一章：计算机的软硬件基本结构_4

1.4 操作系统做什么

操作系统的一个功能是提供抽象的接口，另一个主要功能是管理硬件资源。

1.4.1 不要让CPU打盹

在计算机发展的早期，CPU资源十分昂贵，当CPU运行一个程序的时候，该程序需要读写磁盘，CPU就空闲下来了。这极大的浪费了CPU的资源。于是人们编写了一个监控程序，当某个程序暂时无须使用CPU时，监控程序就把另外正在等待CPU资源的程序启动，使得CPU能充分利用起来。这被称为 多道程序。但是这种程序的调度策略太过粗糙。程序之间不分轻重缓急。

稍微改进了一下，程序运行模式就变成了一种协作的模式。每个程序运行一段时间以后都主动让出CPu给其他程序，使得一段时间内每个程序都有机会运行一小段时间。这种程序协作模式叫做 分时系统。但是这种方式如果有一个非常耗时的计算在运行，那就会一直霸占着计算机。

于是出现了更先进的操作系统模式，这便是我们熟悉的 多任务系统,操作系统接管了所有硬件资源，并且本身运行在一个受硬件保护的级别。所有应用程序都以进程的方式运行在比操作系统权限更低的级别。每个进程都有自己独立的地址空间，使得进程之间的地址空间相互隔离。CPU由操作系统统一分配，每个进程根据进程的优先级高低都有机会得到CPU，但是运行时间超过了一定时间，操作系统就会暂停该进程，将CPU资源分配给其他等待运行的进程。这种CPu的分配方式便是所谓的 抢占式，操作系统可以强制剥夺CPU的资源并分配给它认为目前你最需要的进程。

1.4.2 设备驱动

操作系统作为硬件层的上层，它是对硬件的管理和抽象。对于操作系统上面的运行库和应用程序来说，他们希望看到的是一个统一的硬件访问模式。

当成熟的操作系统出现以后，硬件逐渐被抽象成了一系列概念。在UNIX中，硬件设备的访问方式和访问普通文件方式是一样的;在windos中，图形硬件被抽象成了GDI，声音和多媒体设备被抽象成了DirectX对象；磁盘被抽象成了普通文件系统。硬件的细节全部交给操作系统中的硬件驱动程序来完成。驱动程序可以看作是操作系统的一部分，它往往跟操作系统内核一起运行在特权级，但是它又与操作系统内核间有一定的独立性，使得驱动程序有比较好得灵活性。

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