操作系統的資源管理

1、目的

首先，物理資源有限而競爭使用資源的應用程序眾多，必須合理地解決物理資源數量不足、合理分配資源等問題；

其次，物理資源的硬件實現非常復雜，用戶幾乎不可能直接使用，只能借助系統來實現資源的易用性；

所以，資源管理：在相互競爭的應用程序之間有序地控制軟硬件資源分配、使用、回收，以使得資源能夠在多個程序之間共享；

2、資源管理技術

（1）復用

　　資源復用：物理資源寶貴而稀有，多個進程競爭使用資源，操作系統讓眾多進程共享物理資源，此種共享即為資源復用；

　　進程通過空分復用內存資源，其映像裝入不同內存區域，各有各的地址空間并通過硬件存儲保護機制隔離；

　　進程通過時分復用共享物理處理器，使得可以執行已裝入到不同物理地址區域中的程序代碼；

　　1）、空分復用

　　空分復用即將資源的不同單位同時分配給不同進程；

　　例如：多個進程可以同時進入內存，在內存中存放若干進程的運行效率比僅存單個進程的運行效率要高；

　　2）、時分復用

　　時分復用指可以輪流使用資源，每個進程獲得這類資源后會占用一段時間，多個進程則分時地共享這類資源；

　　獨占式：進程獲得獨占式資源后，對資源執行多個操作，通常使用一個完整周期后才會釋放；

　　共享式：進程獲得共享式資源后，很可能隨時被剝奪，被另一個進程搶占使用；

（2）虛擬

　　虛擬：轉化、模擬、整合資源，把一個物理資源轉變成多個邏輯上的對應物，或把多個物理資源轉變成單個邏輯上的對應物；

　　1）、用于外部設備：例如，文件形式的輸出信息寫至虛擬打印機，待輸出信息全部匯集后才送到物理打印機上打印，這樣，物理上的一臺獨占設備轉化為邏輯上的多臺虛擬獨占設備，每個進程都有自己的虛擬打印機；

　　2）、用于存儲資源：例如，某程序的運行空間超出分給它的可用物理內存空間大小，操作系統便在內存和磁盤之間自動傳送與當前計算有關的程序段/數據段，實現了把多個物理資源（內存+外存）轉化成了單個邏輯對應物（虛擬內存）；

　　3）、用于文件系統：例如，操作系統在虛擬文件系統VFS控制下同時支持多種具體文件系統；

　　----------復用：分割實際存在的物理資源----------虛擬：實現假想的虛擬同類資源----------

（3）抽象

　　資源抽象：創建軟件來屏蔽硬件資源的物理特性和實現細節，簡化對硬件資源的操作、控制、使用，在硬件接口基礎上，把按特定方式操作的底層指令序列和數據結構打包成函數以作為單一的高級操作被調用；

　　----------復用、虛擬：解決物理資源不足----------抽象：處理系統復雜性----------

3、組合使用資源管理技術

例1：打印機---抽象+虛擬

配置“打印函數”設備驅動程序，通過打印函數抽象隱蔽打印機動作細節；

創建虛擬設備，實施SPOOLing虛擬技術擴充物理打印機數量，使得每個用戶都可以使用方便的虛擬打印機；

例2：內存資源---復用+虛擬

采用空分復用，能有效提高內存空間利用率；

引入虛擬存儲技術，從邏輯上擴大內存容量；

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1、處理機管理

處理器管理的第一項工作是處理中斷事件，硬件只能發現中斷事件，捕捉它并產生中斷信號，但不能進行處理。配置了操作系統，就能對中斷事件進行處理。

處理器管理的第二項工作是處理器調度。在單用戶單任務的情況下，處理器僅為一個用戶的一個任務所獨占，處理器管理的工作十分簡單。但在多道程序或多用戶的情況下，組織多個作業或任務執行時，就要解決處理器的調度、分配和回收等問題。近年來設計出各種各樣的多處理器系統，處理器管理就更加復雜。為了實現處理器管理的功能，操作系統引入了進程（process）的概念，處理器的分配和執行都是以進程為基本單位；隨著并行處理技術的發展，為了進一步提高系統并行性，使并發執行單位的粒度變細，操作系統又引入了線程（Thread）的概念。對處理器的管理最總歸結為對進程和線程的管理，包括：1）進程控制和管理；2）進程同步和互斥；3）進程通信；4）進程死鎖；5）處理器調度，又分高級調度，中級調度，低級調度等；6）線程控制和管理。

正是由于操作系統對處理器的管理策略不同，其提供的作業處理方式也就不同，例如，批處理方式、分時處理方式、實時處理方式等等。從而，呈現在用戶面前，成為具有不同性質和不同功能的操作系統。

2、存儲管理

存儲管理的主要任務是管理存儲器資源，為多道程序運行提供有力的支撐。存儲管理的主要功能包括：1）存儲分配。存儲管理將根據用戶程序的需要給它分配存儲器資源。2）存儲共享。存儲管理能地讓主存中的多個用戶程序實現存儲資源的共享，以提高存儲器的利用率。3）存儲保護。存儲管理要把各個用戶程序相互隔離起來互不干擾，更不允許用戶程序訪問操作系統的程序和數據，從而保護用戶程序存放在存儲器中的信息不被破壞。4）存儲擴充。由于物理內存容量有限，難于滿足用戶程序的需求，存儲管理還應該能從邏輯上來擴充內存儲器，為用戶提供一個比內存實際容量大得多的編程空間，方便用戶的編程和使用。

操作系統的這一部分功能與硬件存儲器的組織結構和支撐設施密切相關，操作系統設計者應根據硬件情況和用戶使用需要，采用各種相應的有效存儲資源分配策略和保護措施。

3、設備管理

設備管理的主要任務是管理各類外圍設備，完成用戶提出的I/O請求，加快I/O信息的傳送速度，發揮I/O設備的并行性，提高I/O設備的利用率；以及提供每種設備的設備驅動程序和中斷處理程序，向用戶屏蔽硬件使用細節。為實現這些任務，設備管理應該具有以下功能：1）提供外圍設備的控制與處理；2）提供緩沖區的管理；3）提供外圍設備的分配；4）提供共享型外圍設備的驅動；5）實現虛擬設備。

4、文件管理

上述三種管理是針對計算機硬件資源的管理。文件管理則是對系統的信息資源的管理。在現代計算機中，通常把程序和數據以文件形式存儲在外存儲器上，供用戶使用，這樣，外存儲器上保存了大量文件，對這些文件如不能采取良好的管理方式，就會導致混亂或破壞，造成嚴重后果。為此，在操作系統中配置了文件管理，它的主要任務是對用戶文件和系統文件進行有效管理，實現按名存取；實現文件的共享、保護和保密，保證文件的安全性；并提供給用戶一套能方便使用文件的操作和命令。具體來說，文件管理要完成以下任務：1）提供文件邏輯組織方法；2）提供文件物理組織方法；3）提供文件的存取方法；4）提供文件的使用方法；5）實現文件的目錄管理；6）實現文件的存取控制；7）實現文件的存儲空間管理。

5、網絡與通信管理

計算機網絡源于計算機與通信技術的結合, 近二十年來, 從單機與終端之間的遠程通信, 到今天全世界成千上萬臺計算機聯網工作, 計算機網絡的應用已十分廣泛。聯網操作系統至少應具有以下管理功能：1）網上資源管理功能。計算機網絡的主要目的之一是共享資源，網絡操作系統應實現網上資滾源的共享, 管理用戶應用程序對資源的訪問, 保證信息資源的安全性和一致性。2）數據通信管理功能。計算機聯網后, 站點之間可以互相傳送數據, 進行通信, 通過通信軟件, 按照通信協議的規定, 完成網絡上計算機之間的信息傳送。3）網絡管理功能。包括: 故障管理、安全管理、性能管理、記帳管理和配置管理。

6、用戶接口

為了使用戶能靈活、方便地使用計算機和操作系統，操作系統還提供了一組友好的用戶接口，包括：1）程序接口；2）命令接口；3）圖形接口。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统的资源管理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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