操作系统从主动到被动的演变

郝丽珍

（太原大学计算机 工程系，山西 太原 030009）

操作系统从主动到被动的演变

郝丽珍

（太原大学计算机 工程系，山西 太原 030009）

操作系统是管理计算机系统的大型软件，并向微内核方向或大而全的方向发展。文章通过对操作系统发展阶段及其相应技术特征的分析，提出操作系统也经历着从“主动”到“被动”的演变过程。

操作系统；演变；主动；被动

1 引言

操作系统是管理计算机系统的一个大型软件。它能够对计算机系统中的软、硬件资源进行管理，还能够为计算机的管理者和使用者提供一种便于操作的界面。其产生和演化是随着计算机硬件系统和管理、应用软件的不断发展而发展起来的。在计算机硬件及其周边设备越来越繁杂的基础上，计算机上能够运行的软件也越来越多，随之而来的是操作系统的功能日益复杂。在这种趋势下，操作系统的演变面临着两个方向：一是向微内核的方向发展，对于一个操作系统最小可以做到10 M；二是向大而全的方向发展[1]。文章通过对现有操作系统发展特征的分析，认为操作系统也经历着从“主动”到“被动”的演变过程。

2 从批处理方式到分时操作、实时操作系统

在计算机发展到第二代，出现了批处理操作系统。批处理操作系统的处理过程为：用户首先将自己的作业编写成程序，然后将程序做成卡片或纸带，交给管理员。管理员接收到若干个用户作业后，将这些信息一次性交给低端计算机IBM1401机，传输到磁带上；管理人员将这些磁带放到高端的IBM7094机上完成运算，并由7094机将数据结果传输到磁带上；最后把存有计算结果的磁带取下来，送到1401机上，通过打印机输出。

对于批处理操作系统，当作业准备好后，系统主动的接纳这些作业，然后给予处理。在分时操作系统阶段，操作系统的这种纯粹的主动性相对减弱。分时操作系统模式下，计算机系统的构成模式为：一台服务器连接多个终端，在终端部分仅有一个显示器和键盘。为了能够均衡处理每个用户的请求，处理器时间被划分成相同的时间片，每个用户都在处理器上运行固定的时间，把所有的用户处理一次之后，再重复的将每个用户的请求顺次处理一次，如此往复直到所有的用户作业被处理完毕。这种操作系统对于用户提出的请求，可以在有限的时间内给予响应。处理器在没有用户提出使用请求时，可以做原有的运算，只有用户提出请求后才去解决用户的请求。即分时操作系统只在有用户信息发出请求时才为用户分配时间片，进行用户信息的处理。

当操作系统发展到实时操作系统后，在其运行过程中，只有当事件发生后，操作系统才根据已经编写好的功能处理模式，完成突发事件的处理，如果事件正常运行，操作系统则不需要主动查询突发事件。

3 从程序直接控制方式到中断控制方式

在进行数据传送时，有以下两种控制方式。

（1）程序直接控制方式。当用户进程控制内存或CPU同外围设备之间进行信息传送时，也就是同外设备需要进行数据传送时，把这个请求信号发送到寄存器，由处理器每过一段时间查询各个外设的状态，发现有信号后，再做出相应的处理。这一环节中，需要处理器不断查询外部设备的信号发送情况。

（2）中断控制方式。当外设的数据准备好之后向处理器发送一个信号，CPU在适当的时候对这个信号进行处理，然后CPU再转而进行原有的计算。

可以发现，在程序直接控制方式中，处理器需要主动查询外部设备的信号，而无论这个信号是否存在。系统每过一段时间都要进行查询，因而浪费了大量的处理器时间。但是引入中断之后，处理器就可以在外部设备有数据传送时才进行相应的处理，这样就可以节约大量的处理器时间，并且提高处理器和外设并行工作的能力。这一主动变被动的过程极大的提高了系统资源的利用效率。

4 从加锁解锁机制到P、V操作

在进行处理器控制时，需要引入进程。进程的运行具有并发性，这种特性虽然提高了系统资源的使用率，但是由于系统中的所有进程都在以其他进程不可预知的速度向前推进，因而遇到许多无关进程竞争同一资源的情况，或者进程需要协同完成某项工作的情况下，进程同进程之间就会产生制约关系。通过对于这种关系的分析，发现其核心问题是由于资源的不合理使用引起的，因而针对这种资源提出了临界资源的概念。在临界资源使用时，必须保证同一时刻只能有一个进程使用，对其使用提出的解决方案有两种。

（1）加锁和解锁机制。这个机制为某一临界区设置一个变量，这个变量的取值有两个：0和1。当有进程需要进入临界区，则判断这个变量的值：如果为0则说明可以进入临界区；如果为1则说明有进程在临界区中运行，当前需要进入的进程变成阻塞状态。每隔一段时间系统查询这个变量的值，如果变成0则选择新的进程进入临界区运行。

（2）p、v操作，即用信号量来管理系统资源的可用量。如果需要申请资源，要执行p操作，p操作中要对信号量先减1，之后如果判断结果，结果小于0则将进程变为阻塞状态；v操作则要对信号量加1，如果加1后信号量小于等于0，则选择一个阻塞进程，让其编程变成就绪状态。

比较两者的执行过程，可以发现前者在判断是否能够进入临界区时，需要系统不断的判断其状态，但是后者系统只需要被动等待p、v操作的结果，然后完成临界资源的使用即可。

5 总结

目前的网络操作系统会主动查询连接到主机上的用户，只有当用户连接到系统中时，才给予相应的处理。基于操作系统的以上演变规律，表面看操作系统不需要主动出击，而只在需要的时刻完成必要的操作即可，其实说明了操作系统的构成越来越庞大，而操作系统的功能也越来越强大，同时极大的提高了整个计算机系统的运行效率。即操作系统对于很多信息的处理，不需要浪费很多时间去查询是否发生了相应的事件，因为对于事件相应的处理方式已经比较成熟。只要相应的事件发生，发出这个信号，便可以做出相应的处理。

Evolvement of the OS from Active to Passive

HAO Li-zhen
（Department of Computer Science Taiyuan College，Taiyuan Shanxi 030009）

OS （Operating System）is the large-scale software formanagement of the Computer.Now it is considered that the OS is developing towardsmicrokernel OS and large and comprehensive OS.In this paper we analyze the development of OS，and put forwards that the OSalso goes through“active”to“passive”.

operating system；evolvement；active；passive

TP39

A

1673-2014（2011）02-0059-02

2010—12—05

郝丽珍（1977— ），女，山西原平人，讲师，硕士，主要从事操作系统及计算机编程语言教学与研究。

（责任编辑 李学斌）