计算机理论论文计算机操作系统蕴含的管理思想.doc

计算机操作系统蕴含的管理思想 摘要：本文通过操作系统系统中的各种管理策略，阐述了其中包含的管理成本及其控制、效益最大化原则、管理与服务相统1、依据事实确定管理策略、系统中各部分的合理搭配与协调、资源有限性管理等管理思想，进而为实际管理工作提供借鉴。关键词：操作系统 管理思想 成本 控制、效益 管理 服务 协调 有限性引言 操作系统作为计算机系统中的软件核心，其担负着管理所有硬件，支撑所有软件的重任。计算机系统的整体效率与操作系统密不可分。而操作系统的设计，汇萃了许多优秀的管理思想，这些思想无论在操作系统教学中，还是日常的社会管理工作中都有很强的借鉴和指导作用。以下是笔者在多年的操作系统课教学中，体会和归纳出来的几条管理思想。1、 管理成本及其控制 毕业论文 论文网 操作系统中，为了完成对各种硬件全面、谐调控制，实现对软件的支持，创建了许多相应的数据结构，存储各种动态数据，进而实施控制。任何管理是有成本的，在操作系统中称为系统开销。如在进程调度中，为了实现进程调度，系统为每个进程创建了进程控制块（process control block ，pcb），它包含了进程的描述信息、资源管理信息、控制信息、cpu现场保护结构。进程的指令代码集和用到的数据，进程运行时的各种寄存器值，都需要保存，尤其是寄存器的值。而保存这些内容，都需要相当多的额外内外存空间。这些空间中，有相当1部分是为了使被切换下的进程能够恢复到原来执行阶段而保留的。可见，操作系统为实现进程调度这1管理目标，在完成进程本身功能外，增加了内存，占用了额外的cpu时间。而1个进程要正常结束，需要经历很多次进程调度，这极大地增加了内存和cpu的开销。在现代操作系统中，引入线程调度，使得每次保存的内容只有寄存器上下文，从而极大的降低内存和cpu的开销。下表给出了用户级线程、系统级线程和进程进行上下文切换时各自的时间开销（单位为ms）。操作 用户级线程 系统级线程 进程null fork 34 948 11300信号等待 37 441 1840 为了减少开销，操作系统引入了用户级线程和系统级线程。通过线程调度改变进程调度的效率，即将最易变化的部分从被控对象中分离出来，使控制成本降到最低。2、 效益最大化原则 操作系统管理计算机系统的所有资源，对计算机中运行的所有程序进行管理和服务。操作系统总是在追求整个系统的最大效率。如在内存分配中，不是让某1个执行的程序全部获得需要内存，而是只分配给它1部分，通过虚拟存储器的管理来满足后续要求。而将剩余的内存尽可能多的分配给请求运行的其它多个程序，使系统在单位时间内，尽可能多的为多个程序提供服务，从而实现整个系统的最大效益。同时，动态页式管理中，为了有效地降低缺页中断率，减少系统的换页开销，系统根据程序运行局部性特点，利用工作集设定了最佳内存分配数量，在淘汰内存页时采用了最近最少使用算法。在批处理系统中，设计作业调度算法时，就要考虑尽可能提高设备的利用率，单位时间内执行尽可能多的作业。短作业优先算法要求运行时间最短的作业优先执行，就是提高作业吞吐率的最佳方法，也是追求效益最大化的方法。 早期的操作系统采用单道程序设计，即1个程序执行完毕后，另1个程序才能执行。这种方式，对程序访问i/o设备时cpu空闲的问题没有有效解决，造成了cpu资源的极大浪费。针对这1问题，现代操作系统采用多道程序设计，使得cpu与i/o设备实现并行工作，从而极大的提高了硬件设备的利用率。三、 管理与服务的统1 管理与服务是管理者应该深思的问题。科学有效的管理必须建立在必要及时的服务基础上。操作系统中随时有这1思想的体现。如为了提高cpu的利用率，操作系统通过进程调度、线程调度使cpu永远处于忙碌状态，而要实现管理目标，操作系统要为每个进程建立pcb。根据系统资源总量为进程分配内存和i/o设备，为线程提供线程控制块，提供各类寄存器和堆栈，创建各种数据队列，从而确保被管理的进程和线程按自己的目标进行管理。 为了提高软件运行效率，确保1个程序能对i/o设备进行正确读写，操作系统对诸如键盘输入、文件在磁盘的存取都设计了专门的管理程序。每1个具体的软件编程人员不必考虑键盘输入、文件存取的细节，只要在程序中执行1个调用语句或函数即可。当用户程序编译连接时，操作系统会把完成这些操作的具体管理程序的机器代码嵌入在用户程序中，极大的提高了程序员的编程效率，保证了程序的健壮性，增强了系统的安全性。在i/o设备的使用中，操作系统提供了各种设备的驱动程序，应用软件编程人员只需执行标准的i/o操作语句，操作系统就会调用相应的驱动程序完成具体操作。这1服务器模式，被称为透明工作模式，使大量的编程人员从烦琐的机器细节控制中解放出来，从事具体应用问题的分析、研究、编程。这从整体上极大的提高了系统的效益。这就是完善的服务所带来的科学管理。再次印证了必要的完善的服务是科学管理的保证和基础。四、 根据实际，确定管理策略。 管理必须结合具体对象和管理要达到的目标，确定最佳的管理策略。没有放之四海皆准的办法，没有包揽1切的管理良药。因此，确定管理策略，研究具体目标是极其重要的。操作系统中介绍了许多管理策略都针对不同的情况，在具体系统中选择1两个就可以了。如在内存分配中，有静态分配和动态分配，静态分配是1次将外存中的程序全部调入内存，这样占用内存资源多，内存利用率低，但执行速度快。动态分配是给程序分配需要的部分内存，在执行过程中边使用边调入，内存利用率高，但执行速度慢。静态分配是以空间换时间，而动态分配是以时间换空间。在实时操作系统中，要求在限定的时间内处理完数据并做出响应，时间是第1位的，故在实时操作系统中内存宜采用静态分配，在批处理系统的多道程序环境下宜采用动态分配。又如进程调度算法中，有轮转法、静态优先法、动态优先法，在实时系统中，由于时间的要求，只能采用动态优先法，让更紧迫的进程以更高的优先级获得cpu去执行。在分时系统中，则采用轮转法，让每个进程能够在有限的时间获得cpu的使用权。五、资源科学搭配，相互协调。 在1个管理系统中，各个部分的科学分工和配合是决定整个系统成败的重要因素。系统中的每1部分作用不同，不可互相取代，在管理中不能盲目片面追求单1个体功能的最大化，而是各部分的合理搭配，最终发挥系统的最大效率。 操作系统管理计算机所有的硬件资源，而这些硬件设备由于加工工艺、材料等原因，在处理数据、传输数据方面有很大的差异。如cpu的速度1般在ns级，cache的读出时间为50ns，内存的是250ns；又如选择通道连接的高速外围设备，数据传输率可达到1。5mb/s，即0。67us传送1个字节；字节多路通道连接的低速外围设备数据传输率是1000b/s，即1ms传送1个字节，其速度相差1000倍。硬盘真正的传输速度由于受硬盘内部传输速率的影响，其稳定传输速率1般在30mb/s到45mb/s之间，光磁盘数据传输速度8mb/s到20mb/s之间，usb2。0设备为60mb/s。在实际处理系统中，当有用户通过键盘输入的内容时，由于人的反映远低于计算机硬件的速度，使得系统速度极大降低。这些设备的差异造成了管理的复杂化，如何把不同速度的设备组成1个有机的统1体，是1个系统问题。在现实生活中，每个人的学习能力、专业能力、身体条件、爱好等都有差别，如何把他们组合成1个强有力的集体，正是现在管理学研究的问题。在这1集体中，要追求和谐，对每个人要扬长避短，才能达到最大的效力。操作系统对这1问题，采取科学搭配，尽可能让慢速设备与快速设备相匹配。具体做法是通过多道程序使含有i/o操作的进程与计算为主的进程并行操作，让cpu给计算进程服务时，i/o进程独立的完成缓慢的i/o操作。在i/o设备输入/输出数据时，设立缓冲区，当慢速设备输入/输出数据达到1定量时，cpu才对缓冲区的数据进行读写；设立中断处理机构，通过查询中断方式对慢速设备的数据进行抽空处理。 毕业论文 论文网六、 珍惜资源，提高利用率 在现实生活中，资源是极其有限的，循环经济就是最大限度的发挥资源的利用率，许多资源是不可再生的，在管理中必须树立资源是极其宝贵的思想，管理策略的选定是紧密围绕最大限度利用资源来决定。操作系统的管理策略就是建立在1定的硬件资源基础上的。例如，计算机系统的速度慢，就操作系统而言，不能通过更换cpu、扩充内存、增加cache、提高i/o设备的处理速度来解决。而是改进操作系统的管理策略，使cpu和各种设备谐调地动起来，避免出现空转等待情况。换言之，再大的内存，如windows系统，当打开足够多的任务后，系统的内存也会被耗尽，甚至造成死机现象。对独占设备，为了不让其闲置，操作系统通过输入井和输出井，模拟打印机等独占设备。当打印某1文档时，系统首先将待打印内容送至输出井形成的打印队列，然后依次打印。这样实现了打印机共享，使其发挥了最大效率。总之，